一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法
2023-09-16 13:37:15 6
一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法
【專利摘要】本發明一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法，屬於微生物【技術領域】。在1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽([Mmim]DMP)-鹽酸-水預處理體系中，在110-130℃下對木薯渣厭氧發酵殘渣進行溶解預處理15-90min後，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後，加入乙酸-乙酸鈉緩衝液形成混合體系，然後用纖維素酶進行酶解，在50℃和180rpm的恆溫搖床上振蕩反應，即可達到酶解木薯渣厭氧發酵殘渣的目的。利用稀鹽酸輔助[Mmim]DMP預處理木薯渣厭氧發酵殘渣，實現了木薯渣厭氧發酵殘渣的高值化利用，還原糖產率>40%。本發明工藝簡單，具有效率高、過程經濟、三廢少等優點。
【專利說明】一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理(鹽酸輔助1，3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽[Mmim]DMP預處理)及糖化方法，屬於化學工程領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]木薯是世界3大薯類之一，全球年產量在1.3億噸以上。木薯經深加工後產生大量富含纖維素的廢棄物一木薯渣，其通常用於動物飼料或回田，甚至直接焚燒，這些處理方法不僅浪費木質纖維素資源，還會造成環境的汙染問題。厭氧發酵木薯渣生產生物氣(例如，甲烷)是高效利用木薯渣的一種途徑。然而，形成的殘渣仍含有大量的木質纖維素。如不經合理處理，殘渣仍會對環境造成汙染。因此，對木薯渣生物氣殘渣的木質纖維素高效糖化可為生物燃料的生產提供廉價的原料。
[0004]然而，纖維素的不溶解性和高晶體結構導致其很難被生物體利用。因此，纖維素原料的有效預處理方法越來越受到人們的關注。近年來，木質纖維素預處理技術的研究很多，主要的預處理技術有物理法、化學法、物理化學聯合法和生物法，但其總體上存在能耗和成本聞、環境汙染等問題。
[0005]近十幾年來，離子液體作為新型的「綠色溶劑」，具有不易氧化、不易揮發、溶解能力強和穩定性較高的特點，因而受到廣泛地關注和研究。此外，離子液體無毒環保和可回收利用的性能，可減少環境汙染。據研究表明，離子液體溶解纖維素而不使其發生衍生化，直接破壞了纖維素大分子結構中的氫鍵，使其比表面積增大，有利於纖維素酶的吸附與水解。據報導，由於高純離子液體對纖維素的溶解能力很強。在溶解預處理過程中，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，使得內層纖維素未完全溶解，因而存在溶解不均勻現象。可見，減少離子液體的用量、降低預處理體系的粘度並實現纖維素原料的高效預處理是值得選擇的技術。
[0006]我們課題組發現利用離子液體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處理試劑，可大大提高木薯渣生物氣殘渣糖化率，減少離子液體的用量。同時。該預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，更加高效地預處理纖維素原料。
【發明內容】
[0007]本發明需要解決的技術問題是公開一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理(鹽酸輔助[MmimJDMP預處理)及糖化方法，實現木薯渣厭氧發酵殘渣的高效糖化。
[0008]本發明的一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法，按照如下步驟進行:
在110-130 °C下在[Mmim] DMP-鹽酸-水預處理體系對木薯渣厭氧發酵殘渣進行溶解預處理15-90 min後，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後，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩衝液(50 mM)形成混合體系，木薯渣厭氧發酵殘渣纖維素原料最終質量濃度為5%，然後用終質量濃度為0.3%的纖維素酶(Sigma，C-2730)進行酶解，在50 1:和180 rpm的恆溫搖床上振蕩反應，即可達到酶解木薯渣厭氧發酵殘渣的目的。
[0009]其中[Mmim]DMP_鹽酸-水預處理總體系與木薯渣厭氧發酵殘渣的質量比為15:
1 [0010]其中[Mmim]DMP-鹽酸-水預處理體系中的質量組成如下:
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]本發明的有益效果:
本發明的一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理(鹽酸輔助1，3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽[Mmim]DMP預處理)及糖化方法。預處理體系中添加一定濃度的鹽酸及[Mmim]DMP，木薯渣厭氧發酵殘渣達到較好的預處理效果。預處理木薯渣厭氧發酵殘渣具有過程經濟、三廢少等優點。
[0012]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1木薯渣厭氧發酵殘渣預處理前後掃描電子顯微鏡(SEM)圖，a為未處理，b為預處理。
【具體實施方式】
[0014]還原糖的含量用3，5- 二硝基水楊酸(DNS)進行分析。還原糖產率=還原糖濃度X 100%/木薯渣厭氧發酵殘渣濃度。
[0015]實施例1質量終濃度0.5%的鹽酸輔助[Mmim] DMP預處理木薯渣厭氧發酵殘渣 預處理體系中，2 g乾燥的木薯洛厭氧發酵殘洛利用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下溶解預處理15 min後,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後，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩衝液(50 mM)形成混合體系，殘渣纖維素原料最終質量濃度為5%，然後用終質量濃度為0.3%的纖維素酶(Sigma, C-2730)進行酶解，在50 1:和180 rpm的恆溫搖床上振蕩反應72 h，還原糖產率為40.8%。
[0016]實施例2質量終濃度5%的鹽酸輔助[Mmim] DMP預處理木薯渣厭氧發酵殘渣
預處理體系中，2 g乾燥的木薯洛厭氧發酵殘洛利用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下溶解預處理90 min後，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後，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩衝液(50 mM)形成混合體系，殘渣纖維素原料最終質量濃度為5%，然後用終質量濃度為0.3%的纖維素酶(Sigma, C-2730)進行酶解，在50 1:和180 rpm的恆溫搖床上振蕩反應72 h，還原糖產率為42.6%。2 g乾燥的木薯渣厭氧發酵殘渣加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩衝液(50 mM)形成混合體系，殘渣纖維素原料最終質量濃度為5%，然後用終質量濃度為0.3%的纖維素酶進行酶解，在50 1:和180 rpm的恆溫搖床上振蕩反應72 h，還原糖產率為30.3%。由圖1(a)和圖1(b)可知，纖維素結 構疏變得更疏鬆，可能其高級結構被破壞，使得纖維素表面或內部有更多的接觸位點暴露出來，更易於纖維素酶的吸附及酶解，從而進一步提高了木薯渣厭氧發酵殘渣的糖化率。
【權利要求】
1.一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法，其特徵在於按照如下步驟進行: 在110-130 °C下在1，3-二甲基咪唑磷酸二甲酯鹽([Mmim]DMP)-鹽酸-水預處理體系對木薯渣厭氧發酵殘渣進行溶解預處理15-90 min後，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後，加入pH=4.8乙酸-乙酸鈉緩衝液(50 mM)形成混合體系，木薯渣厭氧發酵殘渣纖維素原料最終質量濃度為5%，然後用終質量濃度為.0.3%的纖維素酶進行酶解，在50 1:和180 rpm的恆溫搖床上振蕩反應，即可達到酶解木薯渣厭氧發酵殘渣的目的。
2.根據權利要求1所述的一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法，其特徵在於其中[Mmim] DMP-鹽酸-水預處理總體系與木薯渣厭氧發酵殘渣的質量比為15:1。
3.根據權利要求1所述的一種木薯渣厭氧發酵殘渣的預處理及糖化方法，其特徵在於其中[Mmim]DMP-鹽酸-水預處理體系中的質量組成如下:. 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】C12P19/02GK103627753SQ201310563111
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】何玉財, 龔磊, 王茜, 張躍, 王利群, 卿青, 陸婷, 吳殷琦, 吳昊, 張哲蓉 申請人:常州大學