專(zhuān)利名稱(chēng)：一種促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法。
背景技術(shù)：
天然纖維素原料的結(jié)晶性和木質(zhì)化兩大特征使木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為高品位能源(例如乙醇和氫氣)受到阻礙，所以纖維素水解之前必須進(jìn)行預(yù)處理。常用的預(yù)處理方式有酸堿預(yù)處理、機(jī)械預(yù)處理和生物預(yù)處理。酸堿預(yù)處理的效果較好，但是處理之后酸堿的分離比較困難，而且成本也太高，不利于大批量應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)械預(yù)處理僅僅是顆粒上的變化，不能打破秸稈木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，一般的粉碎上限是300目，對(duì)于木質(zhì)纖維素的打破效果并不大，因而不能更好的促進(jìn)木質(zhì)纖維素進(jìn)一步的分解，不能充分的利用秸稈資源。而直接進(jìn)行生物預(yù)處理的效果并不好，需要消耗大量纖維素酶，成本很高。本發(fā)明方法能夠完全打破木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)組成，使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而促進(jìn)下一步木質(zhì)纖維素的分解。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述情況，本發(fā)明目的在于提供一種能夠促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法，其包括以下步驟將秸稈切碎烘干后，先粗粉碎至160 200目，再用納米球磨機(jī)超微粉碎2 他即可。烘干的目的主要是用于除去秸稈中的水分。進(jìn)一步的，上述促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法可以為將秸稈切碎后在烘箱中于55 65°C放置5 7h，然后再粉碎。納米球磨機(jī)粉碎可以選用垂吊式納米球磨機(jī)，粉碎時(shí)間5 他。所述秸稈可以為高粱秸稈或玉米秸稈，本發(fā)明以高粱秸稈為例，進(jìn)行試驗(yàn)。本發(fā)明中粉碎機(jī)由天津泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)，型號(hào)FY130 ；垂吊式納米球磨機(jī)由秦皇島太極納米有限公司生產(chǎn)，型號(hào)MY-SQ-B。傳統(tǒng)的機(jī)械方法不能打破秸稈木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，因而不能更好的促進(jìn)木質(zhì)纖維素進(jìn)一步的分解，不能充分的利用秸稈資源。本方法能夠完全打破木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)組成，使其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而促進(jìn)下一步木質(zhì)纖維素的分解。本發(fā)明方法所利用的原理是從宏觀角度上看，固體物料的粉碎似乎僅僅是顆粒上的變化，但從微觀角度上看，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為過(guò)剩自由能和彈性應(yīng)力，彈性應(yīng)力發(fā)生遲豫，引起晶格畸變、晶格缺陷、無(wú)定形化、表面自由能增大、生成自由基等機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，所以當(dāng)粒度粒徑變化到某一范圍時(shí)，必將伴隨有從量變到質(zhì)變的過(guò)程，尤其在超微粉碎階段表現(xiàn)的更為突出。使用本發(fā)明方法在對(duì)秸稈進(jìn)行機(jī)械粉碎到納米級(jí)別后，秸稈的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(粉碎后秸稈的SEM圖見(jiàn)圖1)，這樣就打破了秸稈木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)，更有利于之后進(jìn)行的酶解反應(yīng)。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明方法采用先粗粉碎再進(jìn)行超微粉碎，能夠較徹底的打破秸稈木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)， 使秸稈的粒度在納米級(jí)以上(見(jiàn)圖1至4，由圖1至4可以看出對(duì)秸稈進(jìn)行不同程度粉碎時(shí)纖維素晶體的變化，當(dāng)粉碎達(dá)到納米級(jí)時(shí)秸稈木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被完全打破)，從而利于之后進(jìn)行的酶解反應(yīng)，使酶解反應(yīng)中的還原糖濃度顯著提高(見(jiàn)圖5)，高達(dá)16mg · HiF10


圖1是被粉碎為粒徑范圍在300 — 450 μ m的高粱秸稈顆粒的SEM圖； 圖2是被粉碎為粒徑范圍在125 — 150 μ m的高粱秸稈顆粒的SEM圖3是被粉碎為粒徑范圍在97 — 105 μ m的高粱秸稈顆粒的SEM圖； 圖4是被粉碎為粒徑范圍在330 - 420 nm的高粱秸稈顆粒的SEM圖； 圖5是不同粒徑范圍的高粱秸稈顆粒在酶解反應(yīng)中生成的還原糖濃度。
具體實(shí)施例方式以下以高粱秸稈為例，對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明方法的保護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例1
一種促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法將高粱秸稈切碎后在烘箱中于55°C放置7h,先用粉碎機(jī)(天津泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)，型號(hào)FY130 )粗粉碎至160目，再用垂吊式納米球磨機(jī)(秦皇島太極納米有限公司生產(chǎn)，型號(hào)MY-SQ-B)超微粉碎4h即可，所得秸稈粒徑范圍在 33(T420nm。實(shí)施例2
一種促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法將秸稈切碎后在烘箱中于62°C放置5h，先用粉碎機(jī)(天津泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)，型號(hào)FY130 )粗粉碎至200目，再用垂吊式納米球磨機(jī)(秦皇島太極納米有限公司生產(chǎn)，型號(hào)MY-SQ-B)進(jìn)行超微粉碎6h即可，所得秸稈粒徑范圍在 33(T420nm。上述實(shí)施例所得的高粱秸稈粒徑范圍均達(dá)到納米級(jí)(33(T420nm)，用其進(jìn)行酶解反應(yīng)時(shí)，所生成的還原糖濃度詳見(jiàn)圖5。酶解反應(yīng)條件按照每100mL、p H 4.8的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液加入120mg纖維素酶(Trichoderma viride,酶活為3 X IO4U · g—1，由鄭州博興生物科技有限公司提供)的比例配置酶液，然后在每220mL酶液中加入2g實(shí)施例2粉碎所得高粱秸稈顆粒，在50°C溫度條件下振蕩反應(yīng)，振蕩速度150rpm，用3-5- 二硝基水楊酸法測(cè)定還原糖含量。同時(shí)，對(duì)其它粒徑范圍的高粱秸稈顆粒也進(jìn)行了酶解試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖5。本文的酶對(duì)秸稈分解的作用程度分析主要通過(guò)酶水解后反應(yīng)物中的還原糖濃度來(lái)間接反映。由圖5可以看出，在開(kāi)始酶解的24h內(nèi)，各不同粒徑范圍的高粱秸稈酶解糖化得到的還原糖濃度差別不大，但是當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到72h后，還原糖濃度隨著秸稈粉碎度的增大而明顯遞增(即粒徑范圍越小，還原糖濃度越高)。此外，除了粒徑范圍33(T420nm的高粱秸稈在反應(yīng)180h還原糖濃度依然有較大提高外，其他三種粒度秸稈還原糖濃度增幅均有所減小。分析認(rèn)為由于纖維素酶是具有纖維素降解能力酶的總稱(chēng)，它們是通過(guò)協(xié)同作用分解纖維素，主要是和纖維素類(lèi)底物的酶解作用點(diǎn)結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，隨著粉碎程度的增大，纖維素的結(jié)晶度降低，導(dǎo)致更多的非晶區(qū)可以和酶發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)超細(xì)粉碎使部分木質(zhì)素的包圍被打破，包埋的酶作用部位裸露出來(lái)，使纖維素水解酶的作用點(diǎn)大大增加，從而增大了酶水解反應(yīng)，得到高的還原糖濃度。反應(yīng)72h后粒徑范圍在30(Γ450μπι、125 150μπι和97 105μπι秸稈的酶作用部位已經(jīng)大多被利用，所以速度減緩。根據(jù)!^engel理論，當(dāng)粉碎至33(T420nm，導(dǎo)致更多的木質(zhì)素包裹被打開(kāi)，更多的原微細(xì)纖維和聚糖直接與酶接觸，從而使酶水解反應(yīng)加劇，生成更多的還原糖。
權(quán)利要求
1.一種促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法，其特征在于，包括以下步驟將秸稈切碎烘干后，粉碎至160 200目，再用納米球磨機(jī)粉碎2 8h即可。
2.如權(quán)利要求1所述促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法，其特征在于，將秸稈切碎后先在烘箱中于55 65°C放置5 7h，然后粉碎。
3.如權(quán)利要求1或2所述促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法，其特征在于，納米球磨機(jī)粉碎選用垂吊式納米球磨機(jī)，粉碎時(shí)間5 6h。
4.如權(quán)利要求3所述促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法，其特征在于，所述秸稈為高粱秸稈或玉米秸稈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種促進(jìn)秸稈木質(zhì)纖維素分解的方法，其包括以下步驟將秸稈切碎后在烘箱中于55～65℃放置5～7h，先用粉碎機(jī)粉碎至160～200目，再用納米球磨機(jī)粉碎2～8h即可。本發(fā)明方法能夠較徹底的打破秸稈木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，使秸稈的粒度在納米級(jí)以上，從而利于之后進(jìn)行的酶解反應(yīng)，使酶解反應(yīng)中的還原糖濃度顯著提高，高達(dá)16mg·ml-1。
文檔編號(hào)D21B1/06GK102174751SQ20111005110
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者馮宜鵬, 周雪花, 張全國(guó), 楊群發(fā), 胡建軍 申請(qǐng)人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)