一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理及糖化方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理及糖化方法，屬于微生物【技術(shù)領(lǐng)域】。在1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽([Mmim]DMP)-鹽酸-水預(yù)處理體系中，在110-130℃下對(duì)木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)M(jìn)行溶解預(yù)處理15-90min后，加入去離子水洗滌再生得到纖維素原料；再生的纖維素材料去離子水洗滌三次后，加入乙酸-乙酸鈉緩沖液形成混合體系，然后用纖維素酶進(jìn)行酶解，在50℃和180rpm的恒溫?fù)u床上振蕩反應(yīng)，即可達(dá)到酶解木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)哪康摹＠孟←}酸輔助[Mmim]DMP預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)?，?shí)現(xiàn)了木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)母咧祷?，還原糖產(chǎn)率>40%。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，具有效率高、過(guò)程經(jīng)濟(jì)、三廢少等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理及糖化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理(鹽酸輔助1，3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽[Mmim]DMP預(yù)處理)及糖化方法，屬于化學(xué)工程領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]木薯是世界3大薯類(lèi)之一，全球年產(chǎn)量在1.3億噸以上。木薯經(jīng)深加工后產(chǎn)生大量富含纖維素的廢棄物一木薯渣，其通常用于動(dòng)物飼料或回田，甚至直接焚燒，這些處理方法不僅浪費(fèi)木質(zhì)纖維素資源，還會(huì)造成環(huán)境的污染問(wèn)題。厭氧發(fā)酵木薯渣生產(chǎn)生物氣(例如，甲烷)是高效利用木薯渣的一種途徑。然而，形成的殘?jiān)院写罅康哪举|(zhì)纖維素。如不經(jīng)合理處理，殘?jiān)詴?huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，對(duì)木薯渣生物氣殘?jiān)哪举|(zhì)纖維素高效糖化可為生物燃料的生產(chǎn)提供廉價(jià)的原料。
[0004]然而，纖維素的不溶解性和高晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其很難被生物體利用。因此，纖維素原料的有效預(yù)處理方法越來(lái)越受到人們的關(guān)注。近年來(lái)，木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)的研究很多，主要的預(yù)處理技術(shù)有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)聯(lián)合法和生物法，但其總體上存在能耗和成本聞、環(huán)境污染等問(wèn)題。
[0005]近十幾年來(lái)，離子液體作為新型的“綠色溶劑”，具有不易氧化、不易揮發(fā)、溶解能力強(qiáng)和穩(wěn)定性較高的特點(diǎn)，因而受到廣泛地關(guān)注和研究。此外，離子液體無(wú)毒環(huán)保和可回收利用的性能，可減少環(huán)境污染。據(jù)研究表明，離子液體溶解纖維素而不使其發(fā)生衍生化，直接破壞了纖維素大分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵，使其比表面積增大，有利于纖維素酶的吸附與水解。據(jù)報(bào)道，由于高純離子液體對(duì)纖維素的溶解能力很強(qiáng)。在溶解預(yù)處理過(guò)程中，與離子液體接觸的部分纖維素很快地溶解，從而形成了溶解的纖維素漿液包裹著未溶解的纖維素的狀態(tài)，使得內(nèi)層纖維素未完全溶解，因而存在溶解不均勻現(xiàn)象?？梢?jiàn)，減少離子液體的用量、降低預(yù)處理體系的粘度并實(shí)現(xiàn)纖維素原料的高效預(yù)處理是值得選擇的技術(shù)。
[0006]我們課題組發(fā)現(xiàn)利用離子液體1，3- 二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽([Mmim]DMP)水溶液與少量鹽酸的混合液作為預(yù)處理試劑，可大大提高木薯渣生物氣殘?jiān)腔?，減少離子液體的用量。同時(shí)。該預(yù)處理方法不僅可以減小離子液體[Mmim]DMP的粘性，還可以使纖維素充分膨脹而溶解更完全，更加高效地預(yù)處理纖維素原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是公開(kāi)一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理(鹽酸輔助[MmimJDMP預(yù)處理)及糖化方法，實(shí)現(xiàn)木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)母咝腔?br> [0008]本發(fā)明的一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理及糖化方法，按照如下步驟進(jìn)行:
在110-130 °C下在[Mmim] DMP-鹽酸-水預(yù)處理體系對(duì)木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)M(jìn)行溶解預(yù)處理15-90 min后，加入去離子水洗滌再生得到纖維素原料；再生的纖維素材料去離子水洗滌三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩沖液(50 mM)形成混合體系，木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)w維素原料最終質(zhì)量濃度為5%，然后用終質(zhì)量濃度為0.3%的纖維素酶(Sigma，C-2730)進(jìn)行酶解，在50 1:和180 rpm的恒溫?fù)u床上振蕩反應(yīng)，即可達(dá)到酶解木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)哪康摹?br> [0009]其中[Mmim]DMP_鹽酸-水預(yù)處理總體系與木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)馁|(zhì)量比為15:
1 [0010]其中[Mmim]DMP-鹽酸-水預(yù)處理體系中的質(zhì)量組成如下:
I,3- 二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽([Mmim]DMP) 75.5-90份、
鹽酸0.5-5份、
水9.5-19.5 份。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理(鹽酸輔助1，3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽[Mmim]DMP預(yù)處理)及糖化方法。預(yù)處理體系中添加一定濃度的鹽酸及[Mmim]DMP，木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)_(dá)到較好的預(yù)處理效果。預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)哂羞^(guò)程經(jīng)濟(jì)、三廢少等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)A(yù)處理前后掃描電子顯微鏡(SEM)圖，a為未處理，b為預(yù)處理。
【具體實(shí)施方式】
[0014]還原糖的含量用3，5- 二硝基水楊酸(DNS)進(jìn)行分析。還原糖產(chǎn)率=還原糖濃度X 100%/木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)鼭舛取?br> [0015]實(shí)施例1質(zhì)量終濃度0.5%的鹽酸輔助[Mmim] DMP預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)? 預(yù)處理體系中，2 g干燥的木薯洛厭氧發(fā)酵殘洛利用90% (w/w)的[Mmim]DMP、0.5%
(w/w)的鹽酸、9.5% (w/w)的水混合液在130 °C下溶解預(yù)處理15 min后,加入去離子水洗滌再生，得到再生纖維素原料。再生的纖維素材料去離子水洗滌三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩沖液(50 mM)形成混合體系，殘?jiān)w維素原料最終質(zhì)量濃度為5%，然后用終質(zhì)量濃度為0.3%的纖維素酶(Sigma, C-2730)進(jìn)行酶解，在50 1:和180 rpm的恒溫?fù)u床上振蕩反應(yīng)72 h，還原糖產(chǎn)率為40.8%。
[0016]實(shí)施例2質(zhì)量終濃度5%的鹽酸輔助[Mmim] DMP預(yù)處理木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)?br> 預(yù)處理體系中，2 g干燥的木薯洛厭氧發(fā)酵殘洛利用75.5% (w/w)的[Mmim]DMP、5%(w/w)的鹽酸、19.5% (w/w)的水混合液在110 °C下溶解預(yù)處理90 min后，加入去離子水洗滌再生；再生的纖維素材料去離子水洗滌三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩沖液(50 mM)形成混合體系，殘?jiān)w維素原料最終質(zhì)量濃度為5%，然后用終質(zhì)量濃度為0.3%的纖維素酶(Sigma, C-2730)進(jìn)行酶解，在50 1:和180 rpm的恒溫?fù)u床上振蕩反應(yīng)72 h，還原糖產(chǎn)率為42.6%。2 g干燥的木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)尤雙H=4.8乙酸-乙酸鈉緩沖液(50 mM)形成混合體系，殘?jiān)w維素原料最終質(zhì)量濃度為5%，然后用終質(zhì)量濃度為0.3%的纖維素酶進(jìn)行酶解，在50 1:和180 rpm的恒溫?fù)u床上振蕩反應(yīng)72 h，還原糖產(chǎn)率為30.3%。由圖1(a)和圖1(b)可知，纖維素結(jié) 構(gòu)疏變得更疏松，可能其高級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞，使得纖維素表面或內(nèi)部有更多的接觸位點(diǎn)暴露出來(lái)，更易于纖維素酶的吸附及酶解，從而進(jìn)一步提高了木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)奶腔省?br> 【權(quán)利要求】
1.一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理及糖化方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行: 在110-130 °C下在1，3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽([Mmim]DMP)-鹽酸-水預(yù)處理體系對(duì)木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)M(jìn)行溶解預(yù)處理15-90 min后，加入去離子水洗滌再生得到纖維素原料；再生的纖維素材料去離子水洗滌三次后，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩沖液(50 mM)形成混合體系，木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)w維素原料最終質(zhì)量濃度為5%，然后用終質(zhì)量濃度為.0.3%的纖維素酶進(jìn)行酶解，在50 1:和180 rpm的恒溫?fù)u床上振蕩反應(yīng)，即可達(dá)到酶解木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)哪康摹?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理及糖化方法，其特征在于其中[Mmim] DMP-鹽酸-水預(yù)處理總體系與木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)馁|(zhì)量比為15:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種木薯渣厭氧發(fā)酵殘?jiān)念A(yù)處理及糖化方法，其特征在于其中[Mmim]DMP-鹽酸-水預(yù)處理體系中的質(zhì)量組成如下:. 1, 3- 二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽([Mmim]DMP) 75.5-90份、鹽酸0.5-5份、 水9.5-19.5 份。
【文檔編號(hào)】C12P19/02GK103627753SQ201310563111
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】何玉財(cái), 龔磊, 王茜, 張躍, 王利群, 卿青, 陸婷, 吳殷琦, 吳昊, 張哲蓉 申請(qǐng)人:常州大學(xué)