專利名稱：：采用含纖維素的原料制備單糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種制備糖的方法，更具體地，是關(guān)于采用含纖維素的原料制備單糖的方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)可以用含纖維素的原料制備單糖，所得單糖主要是葡萄糖，葡萄糖可以用于食品、醫(yī)藥工業(yè)，在印染制革工業(yè)中可以用作還原劑，在制鏡工業(yè)和熱水瓶膽鍍銀工藝中常用葡萄糖作還原劑；所得單糖還包括木糖，可以通過加氫制造木糖醇，作為食品的無熱量甜味劑。所述單糖也可以經(jīng)過微生物(例如酵母)發(fā)酵制備乙醇。所述含纖維素的原料一般為植物的根、莖和葉，包括秸稈。所述秸稈即農(nóng)作物(一般為草本植物)收獲種子或果實后剩余的根、莖和葉，主要為莖和葉，如包括玉米秸稈、高梁秸稈、稻稈、麥秸等谷類植物的秸稈、包括豆秸的油料植物的秸稈以及棉花秸稈。秸稈中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素通過共價鍵和/或非共價鍵緊密結(jié)合，三者約占秸稈干物質(zhì)總重量的70-90重量％。秸稈中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素各自的含量會隨不同來源的農(nóng)作物或農(nóng)作物的不同部分而有所區(qū)別。纖維素在纖維素酶的作用下能夠降解成葡萄糖，半纖維素在半纖維素酶的作用下能夠降解成木糖，葡萄糖和木糖都可以用于發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，比如釀酒酵母可以發(fā)酵葡萄糖制備乙醇，樹干畢赤酵母可以發(fā)酵木糖制備乙醇。但是木質(zhì)素是由苯基丙烷聚合而成的一種非多糖物質(zhì)，因而不溶于水難以降解。由于木質(zhì)素由芳香烴的衍生物以-C-C-鍵、-O-鍵縱橫交聯(lián)，側(cè)鏈與半纖維素以共價鍵結(jié)合，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——木質(zhì)素鞘包埋纖維素和半纖維素，因而使纖維素酶和半纖維素酶不易與纖維素和半纖維素接觸，結(jié)果導(dǎo)致秸稈也難以降解?，F(xiàn)有的含纖維素的原料制備單糖的方法，一般采用蒸汽爆破和/或酸水解進行預(yù)處理，以破壞木質(zhì)素對纖維素和半纖維素的包埋。酸水解雖然能夠破壞木質(zhì)素，但是也會破壞纖維素，繼而降低葡萄糖的產(chǎn)率，而且酸水解后還需要加大量堿中和才能進行酶解和發(fā)酵。因此更傾向只通過蒸汽爆破完成預(yù)處理過程，達(dá)到破壞木質(zhì)素對纖維素和半纖維素的包埋作用。例如文獻"對植物秸稈酒精生產(chǎn)工藝的介紹"，張學(xué)峰、蘭玉成，釀酒，第29巻第4期，第37-38頁，2002年7月，公開了一種利用植物秸稈生產(chǎn)酒精的方法，該方法包括將玉米秸稈除石除鐵清洗后，切割成1.5厘米的小段，水浸40分鐘，通入2.5兆帕蒸汽，保溫8分鐘，泄壓，水洗十分之一的蒸汽爆破產(chǎn)物，并在所述十分之一的蒸汽爆破產(chǎn)物中培養(yǎng)里斯木酶產(chǎn)生纖維素酶，將所得培養(yǎng)物與另外十分之九的蒸汽爆破產(chǎn)物混合，保溫5CTC水解24小時，經(jīng)過濾得到6%糖液，無機膜濃縮成20。/。以上的糖液，加入休哈塔酵母(0.8-1.2億/毫升)，發(fā)酵24小時，產(chǎn)酒份10%，蒸餾得99.5%的酒精。CN1117835C公開了一種乙醇溶解汽爆秸稈木質(zhì)素制備液體燃料的方法，該方法以汽爆秸稈為原料，在高壓反應(yīng)釜中，用乙醇萃取汽爆秸稈中的木質(zhì)素；再用真空抽濾得到濾液，并將汽爆秸稈萃取渣進行同步糖化固態(tài)發(fā)酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽濾所得濾液即為該方法制備的液體燃料。所述汽爆秸稈原料的制備方法包括將切碎的麥草、稻草或玉米稈等植物原料裝入汽爆罐，在1.2-1.7兆帕壓力下，維持壓力5-10分鐘，之后，瞬間減壓釋放。所述的乙醇萃取汽爆秸稈中的木質(zhì)素的方法為在高壓反應(yīng)釜中，加入汽爆秸稈和乙醇，汽爆秸稈和乙醇的體積比為h10-1:50，在1.5-2.0兆帕的壓力范圍內(nèi)保持l-2小時。所述的將汽爆秸稈萃取渣進行同步糖化固態(tài)發(fā)酵乙醇是指在33-35°C5范圍內(nèi)(發(fā)酵)，維持14-16小時，在38-4(TC范圍內(nèi)(酶解)，維持68小時，并交替進行發(fā)酵2-3天。CN1193099C公開了一種使用耐熱型酵母從木素纖維素生物質(zhì)中生產(chǎn)乙醇的方法，該方法包括以下步驟將木素纖維素生物質(zhì)粉碎成顆粒大小為15-30毫米；對粉碎的木素纖維素生物質(zhì)進行蒸汽爆炸預(yù)處理，根據(jù)所用材料的類型保持1-3兆帕的壓力和190-23(TC的溫度l-10分鐘的時間，之后引發(fā)迅速減壓；收集預(yù)處理過的物料并且通過過濾分離液體和固體部分，將固體部分引入發(fā)酵貯器中；向發(fā)酵貯器添加濃度為15FPU/克纖維素的纖維素酶和12.6國際單位/克纖維素的卩-葡萄糖苷酶；給發(fā)酵貯器接種馬克斯克魯維氏酵母CECT10875耐熱型酵母培養(yǎng)物的懸浮液；將混合物在42。C下?lián)u動72小時。采用上述方法均可實現(xiàn)由含纖維素的原料制備單糖的目的，但是現(xiàn)有采用含纖維素的原料制備單糖的方法中，蒸汽爆破預(yù)處理對含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘破壞不夠，且在由蒸汽爆破產(chǎn)物制備單糖的時候，酶解效率及單糖的產(chǎn)率較低。此外，現(xiàn)有的蒸汽爆破方法在單位時間內(nèi)處理的含纖維素的原料的量較少，因而，生產(chǎn)效率不高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的采用含纖維素的原料制備單糖的方法單糖產(chǎn)率低、酶解效率較低的缺點，提供一種單糖產(chǎn)率高、酶解效率較高的采用含纖維素的原料制備單糖的方法?，F(xiàn)有技術(shù)的含纖維素的原料的預(yù)處理方法通常采用間歇式蒸汽爆破，該方法包括先將一批含纖維素原料輸送至蒸汽爆破裝置，通入蒸汽至蒸汽爆破的壓力，并保溫一段時間，然后瞬間泄壓，完成蒸汽爆破并收集蒸汽爆破產(chǎn)物；然后在將一批含纖維的原料輸送至蒸汽爆破裝置中，再次通入蒸汽至蒸汽爆破的壓力，并保溫一段時間，然后瞬間泄壓，完成蒸汽爆破并收集蒸汽爆破產(chǎn)物；并根據(jù)處理量，按照上述方法對隨后的含纖維的原料進行間歇式蒸汽爆破。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在采用這樣的蒸汽爆破方法時，即使保證每次蒸汽爆破的條件，如壓力和溫度均相同，但是，卻無法保證每次蒸汽爆破后得到的蒸汽爆破產(chǎn)物的爆破程度均相同。推測的原因可能是，由于每批置入蒸汽爆破裝置中的含纖維素的原料的量較多，且每批原料的堆積方式的差異或者蒸汽爆破條件的不穩(wěn)定等因素造成無法保證使全部含纖維素原料在通入蒸汽后的短短幾分鐘內(nèi)充分吸收水蒸汽，因此，仍然會有大部分含纖維素的原料由于無法充分吸收水蒸汽，而不能完全被其內(nèi)部的水蒸氣爆開，導(dǎo)致含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘無法被充分破壞，降低了含纖維素的原料中能與酶接觸的纖維素比例，從而降低了單糖的產(chǎn)率。此外，間歇式蒸汽爆破的方法在原料的預(yù)處理上耗費的時間較長，單位時間內(nèi)原料的處理量較低，因而不利于生產(chǎn)效率的提高。此外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的采用含纖維素的原料制備單糖的方法中，含纖維素的原料，如秸稈原料通常是以液漿的形式存在，在將槳液狀的全部秸稈原料直接與酶混合時，會使酶濃度降低，使酶活力下降。再者，將經(jīng)過預(yù)處理的秸稈與酶混合酶解的方法通常為將破碎的秸稈顆粒一次全部加入到酶與水的混合液中與酶液混合，進行酶解糖化反應(yīng)，或者，先將所用反應(yīng)物料(經(jīng)預(yù)處理的秸稈顆粒)于反應(yīng)罐中與水混合，然后在酶解溫度下，將酶直接加入到反應(yīng)罐中反應(yīng)。盡管上述混合是在攪拌條件下進行的，但是秸稈顆粒仍然不容易與酶混合均勻。因為，經(jīng)過預(yù)處理后的秸稈粒度變小，顆粒以及碎屑狀的秸稈顆粒很容易互相粘連和團聚，因此一次將全部秸稈完全與酶混合，僅有部分秸稈能與酶充分接觸，由于秸稈之間的粘連和團聚也會有部分秸稈不能充分與酶接觸，即使在攪拌下，也不能完全將秸稈打散。因此，酶解后纖維素轉(zhuǎn)化為糖的轉(zhuǎn)化率低。此外，由于一次將全部秸稈完全與酶混合，秸稈不能充分與酶接觸，因此，酶解的時間也相對較長，酶解效率較低。本發(fā)明提供了一種采用含纖維素的原料制備單糖的方法，該方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料，將得到的蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合、酶解，其中，蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-7分鐘后，每隔5-7秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合的方法包括先將部分蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合得到混合物，然后將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入與所述混合物混合，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度不高于150克/升；所述先與酶混合的蒸汽爆破產(chǎn)物的重量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的10-30重量%。本發(fā)明采用連續(xù)蒸汽爆破的方法對含纖維的原料進行預(yù)處理，能夠使所述置入蒸汽爆破裝置中的全部含纖維素的原料連續(xù)的在穩(wěn)定的蒸汽爆破條件下，在保溫壓力裝置中充分吸收水氣，并使含纖維素的原料內(nèi)部的水氣化成水蒸汽，在泄壓時水蒸氣由含纖維素的原料內(nèi)部沖出，充分破壞含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，增加了含纖維素的原料中能與酶接觸的纖維素比例，從而有效地提高了單糖的產(chǎn)率。并且，本發(fā)明的蒸汽爆破含纖維素的原料的方法為連續(xù)的使含纖維素的原料在保溫壓力裝置中保溫并維持壓力，然后連續(xù)的完成原料的蒸汽爆破，因此，本發(fā)明的方法在單位時間內(nèi)處理的含纖維素的原料的處理量較多，有利于生產(chǎn)效率的提高。同時，本發(fā)明所述蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合酶解的方法為先將部分蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合得到混合物，然后將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入與所述混合物混合，即連續(xù)補料的方法，該方法能夠使蒸汽爆破產(chǎn)物均勻、快速的與酶接8觸、混合并反應(yīng)，且酶的濃度能夠一直保持在較高的水平，從而有效地提高了原料的糖轉(zhuǎn)化率。此外，所述連續(xù)補料的方法還能夠大大縮短酶解時間，提高酶解效率。例如，在其它的蒸汽爆破條件和其它酶解條件都相同的情況下，實施例1的采用含水量為40重量％的含纖維的原料制備得到的單糖產(chǎn)率達(dá)45.8%，實施例2的單糖的產(chǎn)率為44.8%，而對比例1的單糖產(chǎn)率僅為34.7%，提高幅度高達(dá)29.1-32.0%。且實施例1的連續(xù)蒸汽爆破方法每小時可以處理含纖維素的原料400-500公斤；每小時酶解的纖維素的量為13.4克，而對比例1的蒸汽爆破方法每小時只能處理含纖維素的原料180-260公斤，每小時酶解的纖維素的量為2.7克。圖1為天然玉米秸稈的掃描電子顯微鏡照片；圖2為按照對比例1的方法蒸汽爆破后秸稈的掃描電子顯微鏡照片；圖3為按照對比例2的方法蒸汽爆破后秸稈的掃描電子顯微鏡照片；圖4為按照本發(fā)明實施例1的方法蒸汽爆破后秸稈的掃描電子顯微鏡照具體實施例方式按照本發(fā)明，所述采用含纖維素的原料制備單糖的方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料，將得到的蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合、酶解，其中，蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘后，優(yōu)選為4-7分鐘后，每隔5-12秒，優(yōu)選為7-10秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合的方法包括先將部分批蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合得到混合物，然后將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入與所述混合物混合，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度不高于150克/升;所述先與酶混合的蒸汽爆破產(chǎn)物的重量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的10-30重量％。按照本發(fā)明，所述含纖維素的原料是連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中的，并在該裝置中被繼續(xù)傳送，并在該保溫壓力裝置中進行保溫和維持壓力。不同的生產(chǎn)規(guī)模所采用的保溫壓力裝置的規(guī)格也不同，因此，不同規(guī)格的保溫壓力裝置的傳送速度也不同，本發(fā)明對所述含纖維素的原料的輸送線速度沒有特別限定，所述含纖維素的原料的輸送線速度只要保證所述含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘即可，以使在該裝置的溫度、壓力下形成的水氣能夠充分進入含纖維素的原料中，以在泄壓時使水蒸氣由含纖維素的原料內(nèi)部沖出，以充分破壞含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘。所述保溫壓力裝置可以為各種保溫壓力裝置，只要能夠使連續(xù)輸送的含纖維素的原料在該裝置中達(dá)到蒸汽爆破的條件即可。所述連續(xù)蒸汽爆破的條件可以采用現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的蒸汽爆破條件，如蒸汽爆破的溫度，即保溫壓力裝置的溫度可以為180-200°C，更優(yōu)選為185-195°C;所述蒸汽爆破的壓力，即保溫壓力裝置的壓力可以為1.4-2.0兆帕，更優(yōu)選為1.5-1.8兆帕。在上述蒸汽爆破條件下都能充分破壞秸稈包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。所述將保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓的方法可以釆用各種常規(guī)的方法，例如，可以通過控制設(shè)置在保溫壓力裝置上的壓力閥門實現(xiàn)，所述壓力闊門設(shè)置在保溫壓力裝置的出口處，當(dāng)保溫壓力裝置中的壓力達(dá)到所述蒸汽爆破的壓力時，閥門開啟，在閥門開啟的瞬間使保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料噴出，并釋放到常壓，所述開啟時間約為2-3秒鐘，然后關(guān)閉壓力閥門，恢復(fù)保溫壓力裝置中的溫度和壓力，隨后，每隔5-12秒，優(yōu)選為7-10秒，壓力閥門會自動開啟以使在保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓，然后自動關(guān)閉，以實現(xiàn)含纖維的原料的連續(xù)蒸汽爆破。所述每次釋放到常壓的含纖維的原料的量沒有特別限定，不同的生產(chǎn)規(guī)模所采用的保溫壓力裝置的規(guī)格不同，每次蒸汽爆破的處理能力也不同，因此，可以根據(jù)生產(chǎn)需要選用不同規(guī)格的裝置，從而決定每次處理的含纖維素原料的量。按照本發(fā)明，優(yōu)選情況下，每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料總量的6-15重量％，更優(yōu)選為8-12重量％。通常情況下，每次釋放到常壓的含纖維素的原料為120-180克，優(yōu)選為120-150克。一般情況下，所述含纖維素的原料是以勻速輸送的，因此，含纖維素的原料的輸送速度使在該保溫壓力裝置中的含纖維素的原料的量基本保持不變。此外，在采用現(xiàn)有技術(shù)蒸汽爆破含纖維素的原料時，通常認(rèn)為所述含纖維素的原料例如玉米秸稈，必須充分水浸，才能夠得到更好的蒸汽爆破的效果，因為充分水浸可以使所述含纖維素的原料例如玉米秸稈內(nèi)部含有大量的水，在蒸汽爆破時，所述含纖維素的原料例如玉米秸稈內(nèi)部的水可以氣化成水蒸汽，泄壓時由所述含纖維素的原料例如玉米秸稈內(nèi)部沖出，以由內(nèi)向外充分破壞所述含纖維素的原料例如玉米秸稈包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，控制用于蒸汽爆破的含纖維素的原料的含水量為30-60重量％，能夠進一步保證在蒸汽爆破條件下使含纖維素的原料內(nèi)部的水氣化成水蒸汽，有利于在泄壓時水蒸氣由含纖維素的原料內(nèi)部沖出，以充分破壞含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，從而進一步提高單糖的產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明，任意含水量的含纖維素的原料都是可用的，優(yōu)選情況下，本發(fā)明所用含纖維素的原料的含水量為30-60重量％，ii更優(yōu)選為35-50重量％。根據(jù)本發(fā)明，可以通過各種方式獲得含水量為30-60重量％的含纖維素的原料。對于含水量存在差異的不同批次含纖維素的原料，可以進行不同的處理，比如對于含水量高的秸稈原料，可以45-90。C烘干部分水分，使其含水量降低到30-60重量％;對于含水量低的秸稈原料，可以采用控制水浸時間的方法，增加秸稈原料的含水量到30-60重量％;對于含水量正好在到30-60重量％的秸稈原料，可以直接進行蒸汽爆破。優(yōu)選所述用于蒸汽爆破的含纖維素的原料的含水量為35-50重量％。除非特殊說明，本發(fā)明所述含纖維素的原料的含水量均是指含纖維素原料的初始重量W1與在70-10(TC下烘干至恒重的含纖維素原料的干計重量W2之差，與含纖維素原料的初始重量W1的重量百分比，即含水量(重量％)=(Wl-W2)/W1X100%。優(yōu)選情況下，為了實現(xiàn)含纖維素的原料的連續(xù)處理，可以將含纖維素的原料在連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中之前的連續(xù)輸送過程中進行水淋，水淋的水用量使含纖維素的原料的含水量保持在30-60重量％，優(yōu)選為35-50重量%，然后再連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中進行蒸汽爆破。優(yōu)選情況下，為了提高生產(chǎn)效率又同時能夠保證所得蒸汽爆破產(chǎn)物與酶的充分混合、反應(yīng)，得到較高的蒸汽爆破產(chǎn)物濃度以及較高水平的酶作用速度，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度為100-150克/升。所述蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中濃度的測試方法可以采用各種本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法測定，例如，可以采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB5497《糧食油料快速水分測定法》測定反應(yīng)體系中含纖維素的原料濃度，可以根據(jù)測得的濃度值來調(diào)整所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度，以使反應(yīng)體系中的蒸汽爆破產(chǎn)物濃度維持在上述范圍內(nèi)。所述酶解的pH值可以為纖維素酶的任何最適作用pH。為了保證酶具有最佳的反應(yīng)活性，在將第一批蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合前，調(diào)節(jié)蒸汽爆破產(chǎn)物的pH值為大于3小于7，優(yōu)選為4.0-5.5，以使得蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合后，酶具有最佳的反應(yīng)活性。所述調(diào)節(jié)反應(yīng)物料pH值的方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種方法。如根據(jù)所得蒸汽爆破產(chǎn)物的pH值，在該蒸汽爆破產(chǎn)物中加入酸性物質(zhì)或堿性物質(zhì)。例如，所述酸性物質(zhì)可以是硫酸、鹽酸和磷酸中的一種或幾種；所述堿性物質(zhì)可以是氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。優(yōu)選情況下，在將第一批蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合之后，將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入之前，還包括時間間隔，為了使第一批蒸汽爆破產(chǎn)物充分與酶接觸并充分水解，提高糖的轉(zhuǎn)化率，所述時間間隔優(yōu)選為10-30分鐘。所述酶解時間從將酶與所得蒸汽爆破產(chǎn)物混合時開始計算，即，所述酶解時間指將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合開始至將蒸汽爆破產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為糖后糖的含量不再增加時所用的時間，所述將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入與所述混合物混合的時間占酶解時間的15-35%，優(yōu)選為20-30%。此外，按照本發(fā)明，所述在將第一批蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合之后，將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入之前的時間間隔也包括在所述酶解時間之內(nèi)。為了使酶與反應(yīng)原料混合的更均勻，所述蒸汽爆破產(chǎn)物的酶解優(yōu)選在水存在條件下進行，更優(yōu)選在含有水與蒸汽爆破產(chǎn)物的懸浮液中進行。也就是說，本發(fā)明優(yōu)選將部分蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合時，該方法還包括加入水，即將部分蒸汽爆破產(chǎn)物與水混合制備懸浮液后，再將酶解所需全部酶與懸浮液混合，然后再按照本發(fā)明的方法繼續(xù)連續(xù)的加入剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物。對所加入的水的量沒有特別限定，優(yōu)選情況下，所述水的加入量與全部蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為1-4:1。更優(yōu)選情況下，以該部分蒸汽爆破產(chǎn)物、水和酶混合后得到的混合物為基準(zhǔn)，以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，所述蒸汽爆破產(chǎn)物的含量至少為1重量％，優(yōu)選為1-20重量％，更優(yōu)選為1.2-10重量％。在現(xiàn)有的由蒸汽爆破產(chǎn)物制備單糖的方法中，在酶解時，由于蒸汽爆破產(chǎn)物的濃度太稀，有可能導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長，生產(chǎn)效率降低。而本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在酶解時控制部分蒸汽爆破產(chǎn)物、水與酶混合后得到的混合物中蒸汽爆破產(chǎn)物的濃度，以該部分蒸汽爆破產(chǎn)物、水與酶混合后得到的混合物為基準(zhǔn)，以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計,使蒸汽爆破產(chǎn)物的含量至少為1重量％，優(yōu)選為1-20重量％，更優(yōu)選為1.2-10重量％，既能夠保證酶解的周期短，同時進一步保證具有高的生產(chǎn)效率，即單糖的產(chǎn)率高。按照本發(fā)明，所述蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度是指，未被液化(未與酶反應(yīng))的蒸汽爆破產(chǎn)物的重量與反應(yīng)體系中固液總的重量的比值xioo%。由于本發(fā)明僅涉及對蒸汽爆破含纖維素的原料的方法以及蒸汽爆破產(chǎn)物加料方式的改進，因此對用含纖維素的原料制備乙醇的方法的其它步驟沒有特別的限制。所述酶解使用的酶包括纖維素酶。所述纖維素酶可以通過各種方式獲得，例如商購得到，或者通過使用產(chǎn)酶微生物分泌得到。由于微生物生長會產(chǎn)生副產(chǎn)物，因此優(yōu)選直接加入酶，所述酶的用量越多越好，出于成本考慮，優(yōu)選以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，所述纖維素酶的用量為8-20酶活力單位，更優(yōu)選以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，10-15酶活力單位。本發(fā)明所述纖維素酶的酶活力按照美國國家可再生能源實驗室(NationalRenewableEnergyLaboratory,NREL)提供的標(biāo)準(zhǔn)方法-纖維素酶活力測定NRELLAP-006測定，所述纖維素酶的酶活力單位為在該標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定的測定條件下，1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1克WhatmanNo.1濾紙為葡萄糖所需酶的微克數(shù)。所述酶解的溫度可以為纖維素酶的任何最適作用溫度，一般為45-55。C，更優(yōu)選48-52。C。所述酶解的時間理論上越長越好，考慮到設(shè)備利用率，優(yōu)選所述酶解的時間為25-48小時，更優(yōu)選為30-40小時。所述纖維素酶為復(fù)合酶，至少包括C,型纖維素酶、Cx型纖維素酶和纖維二糖酶三種酶。d酶可以使結(jié)晶的纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙Y(jié)晶的纖維素。Cx型纖維素酶又分為Cx,型纖維素酶和Cx2型纖維素酶兩種。Cx,型纖維素酶為內(nèi)切型纖維素酶，可以從水合非結(jié)晶纖維素分子內(nèi)部作用于3-1，4-糖苷鍵，生成纖維糊精和纖維二糖。Cx2型纖維素酶是一種外切型纖維素酶，可以從水合非纖維素分子的非還原端作用于3-1，4-糖苷鍵，逐一切斷P-1,4-糖苷鍵生成葡萄糖。纖維二糖酶則作用于纖維二糖，使纖維二糖酶解生成葡萄糖。優(yōu)選情況下，所述酶解使用的酶還包括半纖維素酶。因為半纖維素酶可以使將半纖維素降解成為溶于水的木糖，所以酶解使用的酶包括半纖維素酶，一方面可以更充分地暴露纖維素，增加纖維素與纖維素酶的接觸幾率，另一方面半纖維素降解產(chǎn)物木糖也是重要的單糖產(chǎn)物。以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，所述半纖維素酶的用量為4.4-8.8酶活力單位。本發(fā)明所述半纖維素酶的酶活力單位(U)為在50。C、pH-4.8條件下，每分鐘分解濃度為1重量％木聚糖溶液產(chǎn)生1微克還原糖(以木糖計)所需的酶量。本發(fā)明所述半纖維素酶的活力指每克半纖維素酶所具有的活力單位。所述半纖維素酶的活力利用半纖維素酶在5tTC、pH為4.8的條件下水解1重量％木聚糖產(chǎn)生還原糖(以木糖計)，所得還原糖與過量3,5—二硝基水楊酸(DNS)發(fā)生顏色反應(yīng)，用分光光度計測得反應(yīng)液550納米的光吸收值與還原性糖(以木糖計)的生成量成正比關(guān)系測定。具體測定方法如下準(zhǔn)確稱取1.000克木聚糖，用0.5毫升pH=4.8的0.1摩爾/升乙酸一乙酸鈉緩沖溶液溶解，然后用去離子水定容到100毫升，得到1重量％木聚糖溶液；稱取30克四水合酒石酸鉀鈉放入500毫升錐形瓶內(nèi)，加16克NaOH后，加50毫升去離子水，以5"C/分鐘的速度水浴加熱至固體物質(zhì)溶解，加入1克3，5—二硝基水楊酸，至溶解，冷卻至室溫，用去離子水定容至100毫升，可得3,5—二硝基水楊酸(DNS)溶液；將木糖8(TC烘干至恒重，準(zhǔn)確稱取1.000克溶于1000毫升水中，加10毫克疊氮化鈉防腐，得到1毫克/毫升的標(biāo)準(zhǔn)木糖溶液；準(zhǔn)確稱取1.000克固體半纖維素酶或移取1毫升液體半纖維素酶原液，用0.5毫升pH=4.8的0.1摩爾/升乙酸一乙酸鈉緩沖溶液溶解，然后用去離子水定容到100毫升，得到稀釋100倍的待測酶液；分別將在5CTC水浴加熱60分鐘的2毫升木糖梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1毫克/毫升、0.2毫克/毫升、0.3毫克/毫升、0.4毫克/毫升和0.5毫克/毫升，所述木糖梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液用去離子水與1毫克/毫升的標(biāo)準(zhǔn)木糖溶液混合制備)或去離子水(木糖空白對照)，與2毫升DNS混合沸水浴5分鐘，冷卻，去離子水定容15毫升后，用分光光度計在550納米下分別測定反應(yīng)后木糖梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液的光吸收值，以光吸收值為橫坐標(biāo)，木糖濃度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。由該標(biāo)準(zhǔn)曲線可得回歸方程y^x+a，其中，x為光吸收值，y為木糖濃度，a為所得直線方程的截距，b為所得直線方程的斜率；取0.2毫升待測酶液與1.8毫升所述1重量％木聚糖溶液或pH=4.8的0.1摩爾/升乙酸一乙酸鈉緩沖溶液(木聚糖空白對照)，按照與上述木糖梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液相同的步驟測試光吸收值。并按照下式計算半纖維素酶的活力半纖維素酶的活力=^——^-U/克(或者毫升)式中x為待測酶液的光吸收值，b和a與木糖濃度對光吸收值的回歸方程中的b和a—致，n為酶的稀釋倍數(shù)，60表示為酶促反應(yīng)的時間為60分鐘，5為取樣倍數(shù)(這里從1毫升待測酶液中取出了0.2毫升進行測試)。根據(jù)上述方法可以測定出具體的半纖維素酶的活力，進而計算出半纖維素酶的用量。另外，蒸汽爆破的壓力和溫度可以滅菌，為防止在酶解過程中雜菌(主要是細(xì)菌)污染產(chǎn)生影響酶活力的毒素，并防止在發(fā)酵過程中雜菌污染影響酵母的生長，優(yōu)選在酶解之前加入諸如工業(yè)青霉素的細(xì)菌抗生素，所述抗生素對酵母沒有作用但可以抑制雜菌的生長。以每毫升酶解液為基準(zhǔn)，所述抗生素的加入量為l-10單位。所述酶解液包括蒸汽爆破產(chǎn)物、酶以及水。由于在蒸汽爆破的高溫高壓條件下，含纖維素的原料會產(chǎn)生諸如糠醛、呋喃之類的抑制物，所述抑制物會降低酶的活力和發(fā)酵菌的活性，因此所述方法還包括在蒸汽爆破含纖維素的原料之后，酶解得到的蒸汽爆破產(chǎn)物之前，水洗所述蒸汽爆破產(chǎn)物。所述水洗是將蒸汽爆破產(chǎn)物與水混合，攪拌，然后離心分離蒸汽爆破產(chǎn)物，由于上述抑制物易溶解在水中，從而通過水洗可以從蒸汽爆破產(chǎn)物中除去抑制物。所述水洗的溫度越高，能夠溶解的抑制物越多，考慮到能耗，優(yōu)選所述水洗的溫度為60-9(TC，更優(yōu)選為60-8(TC。由于水洗所加入的水越多，則溶解掉的抑制物也越多，但是考慮到離心分離的能耗，優(yōu)選以每克所述含纖維素的原料的干重計，所述水洗的加水量為2-10克，更優(yōu)選以每克含纖維素的原料的干重計，所述水洗的加水量為2-3克。由于含纖維素的原料如玉米秸稈中可能會含有沙石雜質(zhì)以及鐵雜質(zhì)，對蒸汽爆破設(shè)備會造成損害，因此本發(fā)明制備單糖的方法，可以包括現(xiàn)有的除石除鐵常規(guī)操作，比如以"風(fēng)送"含纖維素的原料并磁鐵吸引的方法進行除石除鐵。沙石由于質(zhì)量大，不能被風(fēng)送到蒸汽爆破設(shè)備中，鐵雜質(zhì)由于磁鐵的吸引也不會隨原料進入蒸汽爆破設(shè)備中，從而可以完成除石除鐵。此外，由于含纖維素的原料本身容易糾結(jié)而堵塞設(shè)備管路，因此優(yōu)選所述含纖維素的原料的大小為0.5-3厘米X0.2-1厘米X0.2-1厘米，更優(yōu)選所述含纖維素的原料的大小為1-2厘米X0.4畫0.6厘米X0.5匿1厘米。酶解產(chǎn)物中的單糖可以通過制糖工業(yè)常用的方法分離精制。例如通過過濾、離心的方法將除去酶解產(chǎn)物中的固體物質(zhì)(例如未降解完的含纖維素的原料)。收集濾液或上清液，蒸發(fā)除去部分水分得到單糖含量為60-65重量％的過飽和糖漿。在真空結(jié)晶罐中通過蒸發(fā)水分使單糖結(jié)晶析出，晶體與糖漿形成糖膏；當(dāng)晶體體積符合要求時，將糖膏從真空結(jié)晶罐轉(zhuǎn)移至助晶機，逐漸降溫，使未結(jié)晶的單糖進一步析出。用離心機進行固液分離，即得成品結(jié)晶單糖與糖蜜。將糖蜜重復(fù)上述過程結(jié)晶2-4次，可以充分提取單糖。結(jié)晶過程可以采用自然起晶法、刺激起晶法和晶核起晶法起晶，優(yōu)選向糖漿中加入結(jié)晶用種糊作為晶種的晶核起晶法起晶。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行更詳細(xì)的說明。實施例1本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。(1)連續(xù)蒸汽爆破測試如圖1所示的玉米秸稈原料，按照上述的方法測得玉米秸稈的含水量為20重量％，將原料切成1.5厘米X0.2厘米X0.5厘米的小段，將該含水量為20重量°/。的玉米秸稈段連續(xù)從喂料器中送入，并在輸送至保溫壓力裝置中之前進行水淋，水淋使該玉米秸稈段的含水量為40重量％。然后連續(xù)將2000克該含水量為40重量％的玉米秸稈輸送至上述保溫壓力裝置中，所述保溫壓力裝置的壓力為1.6兆帕，溫度為195°C，所述玉米秸稈在該保溫壓力裝置中連續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠在195°C、1.6兆帕下維持5分鐘，之后，每隔10秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘后，閥門關(guān)閉，使部分玉米秸稈噴出，并釋放到常壓，完成蒸汽爆破，并重復(fù)上述過程進行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的11重量％，約165克，收集蒸汽爆破產(chǎn)物，并將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與70。C的水按照重量比1:3攪拌混合30分鐘，然后用LW400型臥螺離心機(張家港華大離心機制造有限公司)在950轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進行固液分離，共得到2700克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為55.6重量%)。所得固體蒸汽爆破產(chǎn)物中纖維素總重量和半纖維素總重量的測定-取5克所述水洗后的蒸汽爆破產(chǎn)物在45"C下烘干至恒重2.22克，稱量300.0毫克該干燥后的蒸汽爆破產(chǎn)物，放置于重80克的100毫升干燥三角燒瓶內(nèi)。向所述三角燒瓶中加入3.00毫升濃度為72重量％的硫酸溶液，攪拌1分鐘。然后將三角燒瓶在3(TC水浴中加熱60分鐘，每隔5分鐘攪拌一次以確保均勻水解。水浴結(jié)束后，用去離子水使硫酸的濃度稀釋到4重量％。用布氏漏斗過濾所述稀釋后的蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解液，共得到濾液84毫升。將20毫升濾液轉(zhuǎn)移至干燥的50毫升的三角瓶中。使用2.5克碳酸鈣調(diào)節(jié)該濾液的pH值至5.5，靜置5小時，收集上層清液。0.2微米濾膜過濾收集的上層清液，所得上層清液的濾液用BioradAminexHPX-87P高效液相色譜(HPLC)分析。HPLC條件進樣量20微升；流動相為0.2微米濾膜過濾，并且超聲振蕩脫氣的HPLC超純水；流速為0.6毫升/分鐘；柱溫80-85。C;檢測器溫度80-85°C;檢測器為折光率檢測器；運行時間為35分鐘。以0.1-4.0毫克Z毫升濃度范圍的D-(+)葡萄糖和0.1-4.0毫克Z毫升濃度范圍D-(+)木糖作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。HPLC分析得到蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解液中葡萄糖濃度為2.59毫克/毫升，計算可得1克所述水洗后的蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解能得到重量為0.218克的葡萄糖，因為濃度為72重量％的硫酸溶液可以將蒸汽爆破的產(chǎn)物的纖維素全部水解成葡萄糖，因此所得葡萄糖的重量是蒸汽爆破產(chǎn)物中纖維素的重量的1.11倍，即1克所述水洗后的蒸汽爆破產(chǎn)物中含纖維素0.196克，則2700克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素528克。HPLC分析得到蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解液中木糖濃度為0.73毫克/毫升，計算可得1克所述水洗后的蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解能得到重量為0.061克的木糖，因為濃度為72重量％的硫酸溶液可以將蒸汽爆破的產(chǎn)物中半纖維素全部水解成木糖，因此所得木糖的重量是蒸汽爆破產(chǎn)物中半纖維素的重量的1.14倍，即1克蒸汽爆破產(chǎn)物中19含半纖維素0.054克，則2700克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含半纖維素145克。(2)酶解向酶解罐中加入水，并在攪拌下，加入第一批步驟(1)取樣測試后剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第一批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)取樣測試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的18%，然后調(diào)節(jié)pH值為4.5，加熱至52"C后，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，加入20酶活力單位的酶計算，全部蒸汽爆破產(chǎn)物的干重為1200克，共加入24000酶活力單位(約160克)的纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司)，并在52'C下保溫混合20分鐘；然后連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，所述剩余的含纖維素的原料的加入速度使含纖維素的原料在反應(yīng)體系中的濃度為125-145克/升(采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB5497《糧食油料快速水分測定法》測定反應(yīng)體系中含纖維素的原料的濃度)，加料結(jié)束后，在52。C下保溫酶解，酶解時間一共為37小時(連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的時間占酶解時間的30%)，得到酶解產(chǎn)物。所述水的加入量與全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為2:1。將酶解產(chǎn)物用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn)移至干燥的50毫升的三角瓶中，靜置5小時，收集上層清液。0.2微米濾膜過濾收集的上層清液，按照上述步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共550.2克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共495.7克。按照下式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。每小時酶解的纖維素的量為13.4克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為3.6重量％。)纖維素轉(zhuǎn)化率400。/。X被酶解的纖維素的重量/纖維素的總重量單糖產(chǎn)率400。/。X酶解得到的葡萄糖重量/秸稈干重實施例2本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例1的方法制備單糖，不同的是，將含水量為20重量％的玉米秸稈進行水淋，水淋使該玉米秸稈段的含水量為75重量％。然后按照實施例1的條件和方法連續(xù)將4800克該含水量為75重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中進行連續(xù)蒸汽爆破，收集蒸汽爆破產(chǎn)物并水洗后共得到6000克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為80重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得6000克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素520克，半纖維素144.4克。按照實施例1的方法對上述蒸汽爆破產(chǎn)物進行酶解，并按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共537.1克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共483.9克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表1。每小時酶解的纖維素的量為13.1克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為1.6重量Q/^。)實施例3本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例1的方法制備單糖，不同的是，在將1500克含水量為20重量％的玉米秸稈段連續(xù)從喂料器中送入后不進行水淋直接輸送至保溫壓力裝置中進行連續(xù)蒸汽爆破，蒸汽爆破的條件同實施例1，收集蒸汽爆破產(chǎn)物并水洗后共得到2400克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為50重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得2400克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素515.2克，半纖維素142.2克。按照實施例1的方法對上述蒸汽爆破產(chǎn)物進行酶解，并按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共530.6克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共478.1克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。每小時酶解的纖維素的量為12.9克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為4.0重量％。)對比例1本對比例說明現(xiàn)有技術(shù)采用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例1的方法制備單糖，不同的是，按照文獻"對植物秸稈酒精生產(chǎn)工藝的介紹"(張學(xué)峰、蘭玉成，釀酒，第29巻第4期，第37-38頁，2002年7月)所公開的方法，將秸稈原料在蒸汽爆破前先用水浸泡40分鐘，測得浸泡后的玉米秸稈原料的含水量達(dá)到83重量％，然后取2000克該含水量為83重量％的玉米秸稈分兩批(每批1000克)進行間歇式蒸汽爆破，所述間歇式蒸汽爆破的方法為先將1000克所述玉米秸稈在195。C下以1.6兆帕的壓力維持5分鐘，然后泄壓；然后再將剩余的1000克所述玉米秸稈在同樣的條件下進行蒸汽爆破，收集蒸汽爆破產(chǎn)物并水洗后共得到2300克蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為85.2重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得2300克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素142.8克，半纖維素45克。然后按照實施例1的方法進行酶解，不同的是，在酶解步驟中，將步驟(1)取樣測試后剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物一次全部加入到含水的酶解罐中，然后與酶混合均勻(全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物與水的重量比為2:1)，酶解時間需要40小時；按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共117.9克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共106.2克，每小時酶解的纖維素的量為2.7克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。對比例2本對比例說明現(xiàn)有技術(shù)采用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例1的方法制備單糖，不同的是，將1500克含水量為20重量%玉米秸稈直接在19(TC下以1.8兆帕的壓力下維持4分鐘，然后泄壓，完成蒸汽爆破，收集蒸汽爆破產(chǎn)物并水洗后共得到3000克蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為60重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得3000克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素494克，半纖維素146.6克。然后按照對比例1的方法進行酶解，酶解時間需要46小時，并按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共420.0克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共378.4克，每小時酶解的纖維素的量為8.2克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表1。電鏡觀察結(jié)果用JSM-35CF掃描電鏡放大1000倍觀察對比例1、對比例2和實施例1的蒸汽爆破產(chǎn)物，結(jié)果分別如圖2、圖3和圖4所示。從圖2可以看出，由于秸稈原料內(nèi)部沒有水分可以氣化成水蒸汽，因此蒸汽爆破不能由內(nèi)向外充分破壞秸稈原料；從圖3可以看出，對比例2玉米秸稈蒸汽爆破的效果并不好，纖維素仍然呈束狀，并且纖維素表面殘留有木質(zhì)素鞘；而如圖4所示的實施例1的蒸汽爆破效果很好，可以看到游離的纖維素。實施例4本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。(1)連續(xù)蒸汽爆破按照實施例1的方法對玉米秸稈進行連續(xù)蒸汽爆破，不同的是，水淋使進入保溫壓力裝置之前的玉米秸稈的含水量為65重量％，并連續(xù)將該3000克該含水量為65重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中進行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的8.5重量％，約127.5克。條件與實施例1相同，收集蒸汽爆破產(chǎn)物，并與6(TC的水按照重量比1:3攪拌混合30分鐘，然后用LW400型臥螺離心機(張家港華大離心機制造有限公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進行固液分離，共得到3300克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為68.2重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得3300克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素454.5克，半纖維素126.5克。按照實施例1的方法對上述蒸汽爆破產(chǎn)物進行酶解，酶的用量約為140克，并按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共469.6克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共423.1克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。每小時酶解的纖維素的量為11.4克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為2.6重量％。)實施例5本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。(1)連續(xù)蒸汽爆破按照實施例1的方法對玉米秸稈進行連續(xù)蒸汽爆破，不同的是，先將含水量為20重量％的玉米秸稈切成2.5厘米X0.5厘米X0.5厘米的小段后，用24立式浸漬器(山東汶瑞機械有限公司)與重量為所述玉米秸稈原料重量的三分之一的水混合后，可得含水量50重量％的玉米秸稈。然后連續(xù)將該2000克含水量為50重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中，所述保溫壓力裝置的壓力為1.5兆帕，溫度為1S5。C，所述玉米秸稈在該保溫壓力裝置中連續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠在185°C、1.5兆帕下維持7分鐘，之后，每隔8秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘后，閥門關(guān)閉，使部分玉米秸稈噴出，釋放到常壓，完成蒸汽爆破，并重復(fù)上述過程進行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的9.2重量％，約138克。收集連續(xù)蒸汽爆破后未經(jīng)過水洗的2500克蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為60重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得2500克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素432克，半纖維素125克。按照實施例1的方法對上述蒸汽爆破產(chǎn)物進行酶解，酶的用量約為130克，并按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共438.7克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共395.3克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。每小時酶解的纖維素的量為10.7克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為3.2重量％。)實施例6本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。(1)連續(xù)蒸汽爆破將含水量為35重量°/。的玉米秸稈，切成1.2厘米X0.4厘米X0.7厘米的小段，然后連續(xù)將該2000克含水量為35重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中，所述保溫壓力裝置的壓力為1.7兆帕，溫度為200'C，所述玉米秸稈在該保溫壓力裝置中連續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠在200°C、1.7兆帕下維持4分鐘，之后，每隔8秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘后，閥門關(guān)閉，使部分玉米秸稈噴出，釋放到常壓，完成蒸汽爆破，并重復(fù)上述過程進行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的10重量％，約150克。收集蒸汽爆破產(chǎn)物，將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與75X:的水按照重量比1:2.5攪拌混合50分鐘，然后用離心泵LW400型臥螺離心機(張家港華大離心機制造有限公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進行固液分離，共得到4300克蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為69.8重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得4300克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素565.3克，半纖維素154.5克。按照實施例1的方法對上述蒸汽爆破產(chǎn)物進行酶解，酶的用量約為170克，并按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共578.5克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共521.2克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。每小時酶解的纖維素的量為14.1克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為2.5重量％。)實施例7本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。(1)連續(xù)蒸汽爆破將含水量為55重量％的玉米秸稈切成2.0厘米X0.6厘米X0.8厘米的小段，然后連續(xù)將2500克該含水量為55重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中，所述保溫壓力裝置的壓力為1.55兆帕，溫度為190°C，所述玉米秸稈在該保溫壓力裝置中連續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠在190°C、1.55兆帕下維持6分鐘，之后，每隔7秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘后，閥門關(guān)閉，使部分玉米秸稈噴出，釋放到常壓，完成蒸汽爆破，并重復(fù)上述過程進行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的8重量％，約120克。收集蒸汽爆破產(chǎn)物，將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與65。C的水按照重量比1:2攪拌混合40分鐘，然后用離心泵LW400型臥螺離心機(張家港華大離心機制造有限公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進行固液分離，共得到3200克蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為65.0重量％)。按照實施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測得3200克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素496克，半纖維素134.3克。按照實施例1的方法對上述蒸汽爆破產(chǎn)物進行酶解，酶的用量約150克，并按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共517.5克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共466.2克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。每小時酶解的纖維素的量為12.6克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為2.8重量。％。)實施例8本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例1的方法制備單糖，不同的是，在酶解步驟中，第一批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的12%，調(diào)節(jié)pH值為4，加熱至52。C后，加入纖維素酶后，在52。C下保溫混合20分鐘；連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度為90-110克/升(采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB5497《糧食油料快速水分測定法》測定反應(yīng)體系中含纖維素的原料的濃度)，加料結(jié)束后，在52。C下保溫酶解，酶解時間一共為38.5小時(連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的時間占酶解時間的13%)，得到酶解產(chǎn)物。按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共545克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共491.0克。按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表1。每小時酶解的纖維素的量為12.8克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)tft^'量為2.4重量°/。>。實施例9本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例1的方法制備單糖，不同的是，在酶解步驟中，第一批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的30%，調(diào)節(jié)pH值為5，加熱至5(TC后，加入纖維素酶后，在5(TC下保溫混合30分鐘后；連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度為120-140克/升(采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB5497《糧食油料快速水分測定法》測定反應(yīng)體系中含纖維素的原料的濃度)，加料結(jié)束后，在52"C下保溫酶解，酶解時間一共為36小時(連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的時間占酶解時間的25%)，得到酶解產(chǎn)物。按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共543.8克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共489.9克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。每小時酶解的纖維素的量為13.6克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為5.7重量％)。實施例10本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例1的方法制備單糖，不同的是，在酶解步驟中，加入第一批步驟(1)取樣測試后剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第一批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)取樣測試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20%，然后調(diào)節(jié)反應(yīng)物料的pH值為5，并加熱至50'C后，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，加入17.8酶活力單位的纖維素酶，5酶活力單位的半纖維素酶計算，全部蒸汽爆破產(chǎn)物的干重為1200克，共加入21360酶活力單位(約140克)的纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司)和6000酶活力單位(約82克)的半纖維素酶(北京化學(xué)試劑公司)，并在5(TC下保溫混合25分鐘；然后連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度為130-150克/升(采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB5497《糧食油料快速水分測定法》測定反應(yīng)體系中含纖維素的原料的濃度)，加料結(jié)束后，在52i:下保溫酶解，酶解時間一共為38小時(連續(xù)加入剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的時間占酶解時間的20%)，得到酶解產(chǎn)物。所述水的加入量與全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為3:1。并按照實施例1步驟(l)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共552.0克，所述酶解得到的葡萄糖的重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共497.3克，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的木糖共119.3克，所述酶解得到的木糖的重量除以1.14，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的半纖維素的重量共104.7克。并按照下述公式計算纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表1。每小時酶解的纖維素和半纖維素的總重量為15.8克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為2.7重量％。)纖維素轉(zhuǎn)化率-iooc/。x被酶解的纖維素的重量/纖維素的總重量半纖維素轉(zhuǎn)化率=100%><被酶解的半纖維素的重量/半纖維素的總重量單糖產(chǎn)率=100%乂(酶解得到的葡萄糖重量+酶解得到的木糖重量)/秸稈干重實施例11本實施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實施例2的方法制備單糖，不同的是，在酶解步驟中，加入第一批步驟(1)取樣測試后剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第一批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)取樣測試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的10%，所述水的加入量與全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為2.5:1。并按照實施例1步驟(l)所述高效液相條件，測定并計算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共535.7克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共482.6克。并按照實施例1的方法和公式計算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計算結(jié)果見表1。每小時酶解的纖維素的量為13.0克。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為0.76重量％)。30表1<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>從表1可以看出，采用由本發(fā)明的由含纖維素的原料制備單糖的方法中，纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率比對比例i和對比例2的方法均有明顯的提高，且每小時酶解的纖維素的量也明顯高于對比例。權(quán)利要求1、一種采用含纖維素的原料制備單糖的方法，該方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料，將得到的蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合、酶解，其特征在于，蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘后，每隔5-12秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合的方法包括先將部分蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合得到混合物，然后將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入與所述混合物混合，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度不高于150克/升；所述先與酶混合的蒸汽爆破產(chǎn)物的重量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的10-30重量％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，含纖維素的原料在所述保溫壓力裝置中保持4-7分鐘，每隔7-10秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素的原料總量的6-15重量％。4、根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，每次釋放到常壓的含纖維素的原料為120-180克。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述保溫壓力裝置的溫度為180-200。C，壓力為1.4-2.0兆帕。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度為100-150克/升。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將部分蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合時，該方法還包括加入水，以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，蒸汽爆破產(chǎn)物的含量至少為1重量％。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為1.2-10重量％。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含纖維素的原料的含水量為30-60重量％。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述含纖維素的原料的含水量為35-50重量％。11、根據(jù)權(quán)利要求l、2、3、6或7中任意一項所述的方法，其中，所述含纖維素的原料的大小為0.5-3厘米X0.2-1厘米X0.2-1厘米；所述含纖維素的原料為秸稈。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述酶解使用的酶包括纖維素酶，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，所述纖維素酶的用量為8-20酶活力單位；所述酶解的溫度為45-55°C，所述酶解的時間為25-48小時，所述酶解的pH值為3.0-7.0。13、根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述酶解使用的酶還包括半纖維素酶，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計，所述半纖維素酶的用量為4.4-8.8酶活力單位。全文摘要采用含纖維素的原料制備單糖的方法，該方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料，將得到的蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合、酶解，其中，蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘后，每隔5-12秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合的方法包括先將部分蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合得到混合物，然后將剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物連續(xù)加入與所述混合物混合，所述剩余的蒸汽爆破產(chǎn)物的加入速度使蒸汽爆破產(chǎn)物在反應(yīng)體系中的濃度不高于150克/升；所述先與酶混合的蒸汽爆破產(chǎn)物的重量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的10-30重量％。本發(fā)明的方法能夠有效提高單糖的產(chǎn)率。文檔編號C12P19/00GK101525643SQ20081010131公開日2009年9月9日申請日期2008年3月4日優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日發(fā)明者孫長征,岳國君,李春玲,林海龍,袁敬偉,解成華申請人:中糧集團有限公司