雙體循環纖維素酶解反應器及其應用的製作方法
2023-05-19 05:17:01 1
專利名稱：雙體循環纖維素酶解反應器及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及新能源領域，更具體地，涉及以植物纖維素為原料的酶解糖化領域。本發明提供了以麻類作物韌皮纖維為原料、高效酶解的雙體循環纖維素酶解反應器及其應用。
背景技術：
目前，人類對能源的需求非常大，但石油等資源屬於不可再生的資源，因此人們大力開發各種新型能源。乙醇既可以單獨燃燒，又可以作為一種良好的汽油增氧劑和高辛烷值調和組分， 已被公認為是最有發展前景的可再生清潔能源之一。它的生產和應用在國際上已呈高速發展趨勢，燃料乙醇產業已成為各國政府解決石油資源短缺問題，保護城市大氣環境質量和調控農產品供需矛盾的重要政策手段和經濟槓桿。據估計，我國燃料乙醇需求量保守估計每年也將達500萬噸。當前的乙醇發酵工業主要以澱粉質的玉米、小麥等糧食作物為原料，與人畜爭糧， 且原料成本在生產總成本中比例很高。受糧食資源不足的制約，目前，以糧食為原料的生物質燃料生產已不具備再擴大規模的資源條件。而將天然纖維素材料通過生物法轉化為燃料乙醇，不僅能為人類提供數量可觀、經濟可行的新型能源，而且可在很大程度上減輕農業廢棄物對生態環境造成的汙染，具有重要的經濟和生態意義。利用天然纖維素材料生產燃料乙醇的關鍵，是把纖維素水解為可發酵糖，即完成纖維素材料的酶解糖化過程。纖維素是植物細胞壁中最主要的成分，是由8000 12000個β -D-吡喃葡萄糖單體以β-1，4-糖苷鍵連接而成的線性長鏈大分子，其葡萄糖亞基排列緊密。同時，存在分子間排列不整齊的無定形區域。纖維素通常被半纖維素，木質素所包圍，形成更難分解的複合物。因此，纖維素不溶於水，難以水解。水解纖維素可以採取化學或生物的方法。生物法即酶水解過程具有反應條件溫和，副產物少或無副產物的特點，被認為是最有希望的工藝。近二十年來，將酶解纖維素生成的糖作為發酵生產中的發酵糖，進而生產乙醇的微生物發酵法，得到了世界各國生物學家的青睞。通過生物轉化天然纖維素材料最終生成乙醇的工藝因其成本低、設備簡單、環保而具有良好的發展前景。纖維素酶降解纖維素的過程是從它吸附到纖維素上開始的，這個降解過程可以是單一酶的作用，如熱纖梭菌中存在一種多種組分結合形成的纖維素酶複合體；也可以是多種酶協同完成的。鑑於纖維素結構的複雜性，在真菌中，沒有任何一種酶能將纖維素徹底水解。不管是在纖維素酶複合體中，還是真菌體內，纖維素的降解需要多種酶組分的協同作用。真菌通過分泌到胞外的游離纖維素酶，以水解酶機制降解纖維素；而細菌纖維素酶則是以形成多酶複合體結構而起作用。目前，最為廣泛接受的纖維素酶解機制是內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和葡萄糖苷酶的協同作用機制。這個機制的主要內容是葡聚糖內切酶隨機水解纖維素分子鏈內部的β_葡聚糖苷鍵，形成新的鏈末端；外切葡聚糖苷酶從纖維素分子鏈一端開始，連續切下並釋放可溶性纖維二糖；β-葡萄糖苷酶將中間產物-纖維二糖和纖維寡糖水解成小分子糖，從而解除它們對內切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶的產物抑制作用。這三個水解過程可同時進行，將纖維素完全降解成為葡萄糖。天然纖維素材料的結構非常複雜，主要是纖維素的高度結晶性和木質化，阻礙了酶與纖維素的接觸，使其難以直接被生物降解。目前，對大多數天然纖維素材料來說，如果沒有經過適當預處理，直接進行酶促水解，酶解率一般都非常低(< 20% )。酶法發酵生產乙醇的方法有直接發酵法、間接發酵法、混合菌種發酵法、同步糖化發酵法、非等溫同步糖化發酵法(NSSF)、固定化細胞發酵法等。其中，同步糖化發酵法因省時、高效、經濟等優點，成為生物乙醇轉化的常用方法。一類現有的生產燃料乙醇的方法是用以農作物秸杆為代表的木質纖維素原料生產燃料乙醇。然而秸杆作為農業廢棄物分布分散，且比容很低，造成收集、運輸困難，增加了原料成本。通常需要6-7噸秸杆才能生產I噸乙醇，原料成本對總成本就有很大影響。麻類作物的韌皮纖維也是一類纖維素含量非常高的原料，因而麻韌皮纖維有可能成為未來新能源、新聚合材料及其製品的重要原料。另外，某些麻類作物不僅可生長在鹽鹼地、荒漠地等未利用土地，而且生長迅速，產量高，適合產業化。例如，紅麻是一種適應性很強的速生高產作物，莖杆高約1.5-3. 5米，直徑約1-3釐米。5-7個月就可以收穫，產量為 16-20t/hm2。然而，由於麻韌皮纖維的結晶度、聚合度、趨向度都較其他生物質(如澱粉)高很多，因此，以葡萄糖為轉化目標物(或其他單體)的酶解過程相當困難。目前尚沒有令人滿意的、高效的、耗時短且酶耗低的對麻韌皮纖維進行酶解糖化的設備和工藝。因此，本領域迫切需要開發對高效地對麻韌皮纖維進行酶解糖化的設備和工藝。
發明內容
本發明的目的就是提供一種高效的、耗時短和/或酶耗低的對麻韌皮纖維進行酶解糖化的設備和工藝。在本發明的第一方面，提供了一種纖維素酶解反應器，其特徵在於，包括(a)第一反應罐，所述的第一反應罐包括罐本體，位於罐本體內的剪切均質器， 用於添加進料的入口，以及用於排出物料的出口 ；(b)第二反應罐，所述的第二反應罐包括2個以上的串聯或並聯的反應管，各反應管包括管體、位於管體內的旋轉軸和攪拌葉輪、進料口、出料口、以及位於管體外側的保溫層；還包括帶動管體內的旋轉軸轉動的馬達；(C)連接第一反應罐和第二反應罐的管道，所述的管道包括將第一反應罐處理過的物料輸送到第二反應罐的管道，以及將第二反應罐處理過的物料輸送到第一反應罐的管道，其中所述的各管道可配有任選的管道泵；(d)連接第二反應罐中各管體的管道，其中所述的各管道可配有任選的管道泵。在另一優選例中，所述的剪切均質器是高速剪切均質器。在另一優選例中，所述的第二反應罐的位於管體內的旋轉軸可提供50_300rpm，較佳地為100-250rpm的轉速。
在另一優選例中，所述的第二反應罐的位於管體內的旋轉軸和攪拌葉輪是一體的。在另一優選例中，所述的第二反應罐內的旋轉軸裝有與順流方向呈螺旋角為 15-45°的葉片。在另一優選例中，所述的第二反應罐體長徑比為I : O. 5 I : 0.1，較佳地為 I O. 25。在另一優選例中，所述的第一反應罐和/或第二反應罐的各管體還設有測溫口。在另一優選例中，所述的第一反應罐還具有位於罐本體外側的保溫層。在另一優選例中，所述的第一反應罐的長徑比為I : O. 7 I : O. 3，較佳地為 I : O. 5。在另一優選例中，所述的第一反應罐和/或第二反應罐是立式或臥式反應罐。較佳地，第二反應罐為臥式反應罐。在另一優選例中，所述的位於第一反應器中剪切均質器的轉速為500-4000rmp,較佳地為 1200-3000rpm。在另一優選例中,第一反應罐與第二反應罐的容積比為O. I : I至I : O. I,更佳地為I : I。其中，所述的第二反應罐的容積為各管體的總容積。在另一優選例中，所述的反應器還包括與物料出口相連的過濾器，用於過濾酶解後的物料，從而獲得澄清的糖濃度高的(> 10% )酶解液。在本發明的第二方面，提供了一種對纖維素進行酶解糖化的方法，包括步驟(a)對纖維素原料在第一反應罐中進行剪切均質，從而形成均質化纖維素原料；(b)將均質化的纖維素原料在第二反應罐中用酶進行酶解，從而將纖維素降解為寡糖或單糖，其中所述的第二反應罐包括2個以上的串聯或並聯的反應管，並且在步驟(b) 中纖維素物料在各反應管之間進行自循環，以及物料在第一反應罐和第二反應罐之間進行外循環。在另一優選例中，在步驟(a)中進行轉速為500-4000rmp，較佳地為1200_3000rpm
的高速剪切。在本發明的第三方面，提供了本發明第一方面中所述的纖維素酶解反應器的用途，它用於纖維素原料的酶解糖化。在另一優選例中，所述的纖維素原料包括麻韌皮纖維(如紅麻)應理解，在本發明範圍內中，本發明的上述各技術特徵和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特徵可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限於篇幅，在此不再累述。
圖I顯示了本發明一個實例中的酶解糖化設備的整體結構圖。其中IA為俯視圖 (其中第二反應罐的一個反應管為剖視圖)，圖IB為側視圖。圖中各標識如下I 第一反應罐10 第一反應罐的電動馬達
11第一反應罐的觀察窗
12第一反應罐的進料口
13第一反應罐的測溫口
14罐本體
15第一反應罐的高速剪切均質器
16第一反應罐的保溫層
17第一反應罐的出料口
2第二二反應罐
21第二二反應罐的保溫層
22第二二反應罐的管體
23第二二反應罐的進料口
24第二二反應罐的電動馬達
25第二二反應罐的出料口
26第二二反應罐的旋轉軸
27第二二反應罐的攪拌葉片(或葉輪)
3連接第一反應罐和第二反應罐的管道
4連接第二反應罐中各管體的管道
具體實施例方式本發明人經過廣泛而深入的研究，首次提供了一種專用於纖維素酶解糖化的設備，用該設備對麻韌皮纖維等纖維素進行酶解糖化，具有高轉化率、高濃度、低轉化時間、低酶製劑消耗等優點。具體地，本發明人通過研究參與反應的麻韌皮纖維與纖維素酶兩大體系的各自特徵，提出了酶解糖化反應的「五化」論，並以此為基礎設計製造了雙體循環纖維素酶解反應器。具體地，所述的「五化」包括「純化」一經預處理保障纖維素的高含量；「細化」一經預處理保障纖維素為主的底物幾何尺寸接近納米級；「均化」——在反應過程中，保障纖維素為主的底物體系與纖維素酶體系在最短的時間內融合為一，並在微觀結構上呈現十分均勻的流體狀態；「穩化」——在較長時間的反應過程中，保障熱量有良好的傳遞，所設反應溫度在整個溶液的各空間部位有相當的穩定性；「活化」——在較長時間的反應過程中，保障纖維素克服能障、酶保持活性所需的能量補充。術語如本文所用，術語「麻韌皮纖維」指來自麻類植物的、富含纖維素的纖維材料，尤其是雙子葉植物莖的韌皮層內部叢生成束的纖維。代表性的麻類植物包括(但並不限於) 紅麻、黃麻、薴麻、亞麻、苘麻、蕁麻、羅布麻。如本文所用，術語「紅麻」紅麻(學名)，又名洋麻、野麻、槿麻等，屬雙子葉植物綱錦葵科木槿植物。
酶解糖化設備本發明提供了一種以達到麻韌皮纖維酶解糖化高轉化率、高濃度、低轉化時間、低酶製劑消耗為目標的雙體循環纖維素酶解反應器。參見圖I。雙體循環纖維素酶解反應器結構雙體(第一反應罐I與第二反應罐 2):第一反應罐1，罐體外形類似於常規桶式酶解反應器，內裝有直插式或斜插式、單機或多機高速剪切均質器15。第二反應罐2，立式或臥式管狀，雙管或多管，內裝有旋轉軸與攪拌葉輪的混合器。第二反應罐與第一反應罐並聯或串聯，上出下進，經引流體，長程(第一反應罐)——短程(第二反應罐)雙循環高頻滾動交換，大大提高酶解效率。第一反應罐罐I的結構特徵由罐本體14 (或桶體)(可帶有保溫層夾套16)、高速剪切均質器15(轉速500-2500rpm)、進料口 12、出料口 17、測溫口 13、視鏡或觀察窗11、 支架(圖中未示出)等組成。第二反應罐2的結構特徵由管體22、旋轉軸26 (轉速50-250)、葉輪27、進料口
23、出料口 25(自循環)、測溫口(圖中未示出)、支架、整體保溫層21、電動馬達24等組成。 其中各管體之間由管道4連接，所述的管道4可任選地裝有管道泵。第一反應罐與第二反應罐具有以下連接結構特徵兩罐連接、第二反應罐多管連接。在另一優選例中，兩罐容積比等於或接近I : I。此外，雙體循環纖維素酶解反應器可任選地裝有其他輔助設施，其中包括(但並不限於)過濾器，以澄清的高濃度(10%以上)酶解液進入發酵系統。酶解糖化用本發明的雙體循環纖維素酶解反應器，可以高效、快速、低酶耗地進行纖維素的酶解糖化，從而生產出可用於發酵的糖。用於酶解的纖維素酶不是本發明的發明點，可用於本發明的纖維素酶沒有特別限制，可以是本領域中常規使用的各種纖維素酶。這些酶可用常規方法製備或通過市售途徑獲得。纖維素酶(cellulase)又稱纖維素酶系，是由多種組分組成的一個複雜酶系，是水解纖維素及其衍生物的一組酶的總稱。典型的並得到廣泛研究的纖維素酶生產菌株主要集中在絲狀真菌，其中酶系較全且活性較高的纖維素酶菌株主要包括木黴(Trichoderma sp·)、青黴(Penicillium sp.)和擔子菌(Basidiomycetes),如木黴屬中的瑞氏木黴 (T. reesei)、康氏木黴(T. Koningii)、綠色木黴(T. viride)以及青黴屬中的斜臥青黴 (P. decumbens)、微紫青黴(P. janthinellum)和繩狀青黴(P. funiculosum)等。根據纖維素酶的底物、作用位點和釋放產物，將纖維素酶分為三類(I)內切-β-1，4_ 葡聚糖酶(I,4-D-glucanohydrolase 或 endo-1, 4-β -D-glucanase，EC 3. 2. I. 4，簡稱EG)的分子量介於23 146KDa之間。這類酶作用於纖維素分子內部的非結晶區，隨機水解β_1，4-糖苷鍵，將長鏈纖維分子截短，產生大量帶非還原性末端的纖維素小分子，如短鏈纖維素，纖維寡糖等。如真菌的異構酶EG I為 53KDa, EG III約為49. 8KDa,而有兩種纖維粘菌的內切酶EG分子量只有6. 3KDa。(2)外切_β -1，4-葡聚糖酶，或稱纖維二糖水解酶(1，4_β -D-glucan celIobiohydrolase 或 exo_l,4_β -D-glucanase, EC 3. 2. I. 91,簡稱 CBH),分子量介於38 IlSKDa之間。這類酶作用於纖維素分子的還原或者非還原末端，水解β_1，4_糖苷鍵，每次切下一個纖維二糖分子，從而破壞纖維素分子。如木黴的CBH有兩種，CBH I分子量約為 66KDa, CBH II 約為 53KDa。(3) β-1,4_ 葡萄糖苷酶(β-1,4-glucosidase, EC 3. 2. I. 21，簡稱 GE)有胞內 (或胞壁)酶和胞外酶之分，分子量介於47 76KDa(胞外酶)或90 IOOKDa(胞內酶) 之間。主要催化水解含有β-葡萄糖昔鍵的化合物，使非還原性β-D-葡萄糖殘基及其末端斷裂，同時釋放出β-D-葡萄糖和相應的配基，如芳香基和羥基等。在纖維素水解過程中， β -葡萄糖苷酶能夠水解低分子量的纖維糊精和纖維二糖，生成葡萄糖，從而解除因纖維二糖積累造成的對纖維素酶活性的抑制作用。因此，β_葡萄糖苷酶是廣義的纖維素酶系的主要成分之一，其酶活的高低直接影響整個纖維素酶系的作用效果。除了上述三大組分外，真菌中參與纖維素降解過程的還有一些短肽類化合物、「氫鍵酶」、纖維二糖脫氫酶等。它們通過氧化作用或者破壞氫鍵來降解纖維素分子。酶的用量沒有特別限制，通常可以是100-5000IU/ml，較佳地為500_2000IU/ml。一種特別優選的酶是酸性纖維素酶。其用量通常為100_5000IU/ml，較佳地為 200-3000IU/ml，更佳地為 500_1500IU/ml。發酵生產乙醇用本發明方法製備的纖維素降解的糖可被用作各種發酵工藝的糖原料，尤其是用作生產乙醇的發酵工業的糖原料。利用各種工程菌，通過發酵生產乙醇的工藝是眾所周知的。在這些工藝中，都可使用本發明方法製備的紅麻纖維素降解所產生的糖。簡而言之，就是在發酵工藝中部分或全部使用本發明方法製備的糖。本發明的主要優點在於(a)本發明的酶解糖化的效率高、處理時間短、糖轉化率高。(b)本發明的顯著降低了酶耗。(C)本發明方法整體效率高，成本低。下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數為重量百分比和重量份數。通用方法預處理紅麻纖維預處理將紅麻韌皮纖維除去膠質、蠟質、部分木素等雜質。置入 30-900C的水或弱鹼水溶液中約5-180分鐘，洗滌、蒸汽爆破，經水磨獲得流動性好的漿狀溶液。實施例I酶解糖化採用圖I所示的酶解糖化裝置，按以下步驟進行酶解糖化I.步驟I. I預處理後的漿狀溶液，配製成底物濃度為6%的100L溶液。
I. 2將適量檸檬酸和檸檬酸三鈉溶解於溶液中，將pH值調節到4. 8。I. 3將雙體循環酶解反應器的夾套加熱至50°C ；L 4將纖維素酶總用量的75% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液，並將此時定位反應起始時間O時。其中纖維素酶(包括內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β -葡萄糖苷酶)的總用量為1000IU/ml。漿狀溶液打入第一反應罐，轉速為600rpm，由第一反應罐打入第二反應罐，第二反應罐轉速為50rpm。全部物料在第一反應罐與第二反應罐中間進行雙體循環流動。I. 5反應24時，將纖維素酶總用量的15% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液。
I. 6反應48時，將纖維素酶總用量的10% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液。
I. 7反應72時，酶解反應中止。
2.結果
酶解前經預處理的原料纖維素含量為65%以上；
酶解結果經檢測
酶解液中還原糖轉化率98. 96% ；
酶解液中葡萄糖轉化率91. 04%。
實施例2
採用圖I所示的酶解糖化裝置，按以下步驟進行酶解糖化
I.步驟
I. I預處理後的漿狀溶液，配製成底物濃度為6%的100L溶液。
I. 2將適量檸檬酸和檸檬酸三鈉溶解於溶液中，將pH值調節到4. 8。
I. 3將雙體循環酶解反應器的夾套加熱至50°C ；
I. 4將纖維素酶總用量的75% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液，並將此時定位反應起始時間O時。其中纖維素酶(包括內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β -葡萄糖苷酶)的總用量為900IU/ml。漿狀溶液打入第一反應罐，轉速為1500rpm，由第一反應罐打入第二反應罐，第二反應罐轉速為120rpm。全部物料在第一反應罐與第二反應罐中間進行雙體循環流動。
I. 5反應24時，將纖維素酶總用量的15% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液。
I. 6反應48時，將纖維素酶總用量的10% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液。
I. 7反應60時，酶解反應中止。
2.結果
酶解前經預處理的原料纖維素含量為65%以上；
酶解結果經檢測
酶解液中還原糖轉化率99. 39% ；
酶解液中葡萄糖轉化率92. 36%。
實施例3
採用圖I所示的酶解糖化裝置，按以下步驟進行酶解糖化I.步驟:I. I預處理後的漿狀溶液，配製成底物濃度為6%的100L溶液。I. 2將適量檸檬酸和檸檬酸三鈉溶解於溶液中，將pH值調節到4. 8。I. 3將雙體循環酶解反應器的夾套加熱至50°C ；I. 4將纖維素酶總用量的75% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液，並將此時定位反應起始時間O時。其中纖維素酶為酸性纖維素酶，總用量為1200IU/ml。漿狀溶液打入第一反應罐，轉速為2800rpm，由第一反應罐打入第二反應罐，第二反應罐轉速為 250rpmo全部物料在第一反應罐與第二反應罐中間進行雙體循環流動。L 5反應24時，將纖維素酶總用量的25% (酶可以是液體酶和/或固體酶)加入溶液。I. 6反應48時，酶解反應中止。2.結果酶解前經預處理的原料纖維素含量為65%以上；酶解結果經檢測酶解液中還原糖轉化率99. 8% ;酶解液中葡萄糖轉化率94. 20%。實施例4發酵實驗採用耐高溫釀酒高活性乾酵母(採購於湖北安琪酵母有限公司)安琪酵母發酵培養基添加營養物組成酵母粉O. 5 %，蛋白腖O. 3 %， (NH4) 2S040. I %，磷酸二氫鉀O. 2 %，用醋酸調節pH5. O。酒母製備將O. 5g安琪釀酒高活性乾酵母溶於2 %的葡萄糖水中，搖勻，置於 35-400C UOOrmp搖床上培養15_20min，然後溫度降至34°C以下活化l_2h，即可做酒母使用。用實施例3中製備的可發酵糖作為糖原料，採用常規的發酵條件，其中發酵溫度 35°C，酵母用量％ O. 5%，發酵時間48h。結果經測定，發酵原液中的乙醇濃度為9. 44g/L。對比例I重複實施例I，不同點在於用圖I中二個第一反應罐構成的雙體循環纖維素酶解反應器，替換圖I所述的雙體循環纖維素酶解反應器。結果酶解前經預處理的原料纖維素含量為65%以上；酶解結果經檢測酶解液中還原糖轉化率50. 21% ;酶解液中葡萄糖轉化率56. 20%。對比例2重複實施例2，不同點在於用圖I中二個第二反應罐構成的雙體循環纖維素酶解反應器，替換圖I所述的雙體循環纖維素酶解反應器。此外，為了使得漿狀溶液能夠在第二反應器中流動，預先用獨立式的高速剪切均質器轉速為1500rpm預處理15分鐘，然後再加入到反應器。結果酶解前經預處理(剪切均質之前)的原料纖維素含量為65%以上；酶解結果經檢測酶解液中還原糖轉化率62. 02% ；酶解液中葡萄糖轉化率65. 15%。結合實施例1-3和對比例1-2可以看出，使用本發明的雙體循環纖維素酶解反應器，可顯著提高酶解糖化的效率高、處理時間短、糖轉化率高，並且可顯著降低了酶耗，從而降低生產成本低。在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
權利要求
1.一種纖維素酶解反應器，其特徵在於，包括(a)第一反應罐，所述的第一反應罐包括罐本體,位於罐本體內的剪切均質器,用於添加進料的入口，以及用於排出物料的出口 ；(b)第二反應罐，所述的第二反應罐包括2個以上的串聯或並聯的反應管，各反應管包括管體、位於管體內的旋轉軸和攪拌葉輪、進料口、出料口、以及位於管體外側的保溫層； 還包括帶動管體內的旋轉軸轉動的馬達；(C)連接第一反應罐和第二反應罐的管道，所述的管道包括將第一反應罐處理過的物料輸送到第二反應罐的管道，以及將第二反應罐處理過的物料輸送到第一反應罐的管道， 其中所述的各管道可配有任選的管道泵；(d)連接第二反應罐中各管體的管道，其中所述的各管道可配有任選的管道泵。
2.如權利要求I所述的反應器，其特徵在於，所述的第二反應罐的位於管體內的旋轉軸可提供50-300rpm，較佳地為100_250rpm的轉速。
3.如權利要求I所述的反應器，其特徵在於，所述的第二反應罐內的旋轉軸裝有與順流方向呈螺旋角為15-45°的葉片。
4.如權利要求I所述的反應器，其特徵在於，所述的第二反應罐體長徑比為I:0.5 I O. 1，較佳地為 I O. 25。
5.如權利要求I所述的反應器，其特徵在於，所述的第一反應罐和/或第二反應罐的各管體還設有測溫口。
6.如權利要求I所述的反應器，其特徵在於，所述的第一反應罐還具有位於罐本體外側的保溫層。
7.如權利要求I所述的反應器，其特徵在於，所述的位於第一反應器中剪切均質器的轉速為 500-4000rmp，較佳地為 1200_3000rpm。
8.如權利要求I所述的反應器，其特徵在於，第一反應罐與第二反應罐的容積比為O.I : I至I : 0.1，更佳地為I : I ;其中，所述的第二反應罐的容積為各管體的總容積。
9.一種對纖維素進行酶解糖化的方法，其特徵在於，包括步驟(a)對纖維素原料在第一反應罐中進行剪切均質，從而形成均質化纖維素原料；(b)將均質化的纖維素原料在第二反應罐中用酶進行酶解，從而將纖維素降解為寡糖或單糖，其中所述的第二反應罐包括2個以上的串聯或並聯的反應管，並且在步驟(b)中纖維素物料在各反應管之間進行自循環，以及物料在第一反應罐和第二反應罐之間進行外循環。
10.如權利要求I所述的纖維素酶解反應器的用途，其特徵在於，用於纖維素原料的酶解糖化。
全文摘要
本發明提供了雙體循環纖維素酶解反應器及其應用。具體地，本發明提供一種纖維素酶解反應器，它包括(a)第一反應罐，包括罐本體，位於罐本體內的剪切均質器，用於添加進料的入口，以及用於排出物料的出口；(b)第二反應罐，包括2個以上的串聯或並聯的反應管；(c)連接第一反應罐和第二反應罐的管道；(d)連接第二反應罐中各管體的管道。本發明的酶解反應器對麻韌皮纖維等纖維素進行酶解糖化時，具有高轉化率、高濃度、低轉化時間、低酶製劑消耗等優點。
文檔編號C12P19/14GK102604828SQ201110025868
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月24日 優先權日2011年1月24日
發明者張士楚, 朱震黎, 王恆新, 王榮華 申請人:上海眾偉生化有限公司