[发明专利]一种电化学降解纤维低聚糖制备葡萄糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学降解纤维低聚糖制备葡萄糖的方法，属于生物质能源化工技术领域。

背景技术

我国生物质能源储量极其丰富，用富含纤维素的生物质资源生产还原糖并进一步发酵生产乙醇燃料已引起人们的关注。生物质降解得到的还原糖中，六碳糖(葡萄糖和果糖)能完全发酵，而其它糖(例如木糖)很难发酵，留在发酵废液中(Renewable and Sustainable Energy Reviews.15(2011)4950-4962)，因此提高可发酵糖的产率成为技术难点。纤维素本身结构复杂，利用酶和酸水解纤维素的反应仅能停留在纤维素表面进行，反应效率低，收率不高，而纤维低聚糖是纤维素经过化学或生物酶的方法制备得到的，由2～10个葡萄糖单元通过β-1，4-糖苷键结合而成的低聚合度糖类，更易分解发酵生成乙醇，在酸，碱或酶催化下发生水解反应，生成更低聚合度的低聚糖，最终水解产物是可发酵的葡萄糖，再经过生物发酵转换成燃料乙醇以及其他有用的精细化学品。

纤维七糖及其以上聚合度的低聚糖在水中的溶解性非常小(Biotechnology and Bioengineering.20(1978)1669-1677)。目前对纤维低聚糖降解的研究主要有酸降解，碱降解和酶降解，但是反应原料一般是纤维二糖等低聚合度的单一物质，而对于混合型纤维低聚糖(纤维二糖，纤维三糖，纤维四糖，纤维五糖和纤维六糖)制备葡萄糖的技术仅有少量报道。中国发明专利(201010190003.8)提出一种可溶性纤维低聚糖制备六碳糖的亚临界水解方法，该方法首先对纤维素进行预处理和初级水解，得到低聚糖的混合物，并利用低聚糖亚临界水解反应动力学预测六碳糖产率最大的反应时间，然后设定亚临界条件进行水解反应，该方法提高了六碳糖的产率，但是反应副产物(赤藓糖和5-羟甲基糠醛)比较多，这些副产物的存在会抑制发酵(Bioresource Technology，72(2000)253-256)，所以工业上要尽量避免这些降解产物的存在。

电化学降解纤维低聚糖生成可发酵葡萄糖的研究还未见报道，电化学降解过程中，低聚糖不断水解生成葡萄糖，葡萄糖则不会继续分解，有利于葡萄糖的积累，而且电解过程中会将副产物糠醛等小分子物质氧化为水和CO₂，有利于葡萄糖发酵的进行。本发明电化学降解纤维低聚糖，采用纳米氧化物修饰石墨电极为工作电极，酸性条件下降解纤维低聚糖，高选择性得到可发酵的葡萄糖，相对于其他方法产率较高，为发酵乙醇提供了新的技术途径。

发明内容

本发明的目的是针对当前降解低聚糖制备葡萄糖的技术中存在工艺条件不明确、生产效率低、目标产物低等问题，提供一种电化学降解纤维低聚糖制备可发酵葡萄糖的方法，该方法工艺简单，可控性好，葡萄糖产率相对其它方法有较大提高，具有广阔的应用前景。

本发明采取的技术方案为：

一种电化学降解纤维低聚糖制备葡萄糖的方法，包括以下步骤：

1)首先向含有纤维低聚糖的混合物溶液中加稀硫酸调节溶液的pH＝1～5。

2)然后将调好pH值的含有纤维低聚糖的混合物溶液加入到恒电位电解池中，该电解池以修饰改性石墨电极为工作电极，惰性电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，恒电位-1.0V～-1.5V，反应1～12个小时；

其中所述的修饰改性石墨电极是掺杂有纳米氧化物的石墨电极，纳米氧化物的掺杂质量比例为1％～10％。

所述的方法，其中硫酸是体积分数为7％～10％的硫酸溶液。

所述的含有纤维低聚糖的混合物溶液为纤维素经过水热预处理和初级水解得到纤维低聚糖和葡萄糖的混合物溶液，含有纤维低聚糖的浓度为0.3g/L～5g/L，葡萄糖的浓度为0.13g/L～7.3g/L。

所述的纳米氧化物为Fe，Mn，Co，Ni或Ce的氧化物中的一种或者几种。

所述的惰性电极为碳棒、玻碳电极或铂电极。

本发明具有如下优点：

1.将纳米催化剂掺杂到电极里面，电极导电性增强的同时具有催化活性，而且避免引入过多的离子，保证低聚糖溶液的纯净，是后续发酵乙醇的基础。