[发明专利]一种提高芦竹秸秆酶解效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及芦竹秸秆处理技术的改进，具体涉及一种去除木质素以提高芦竹秸秆酶解效率的方法，属于生命工程技术领域。

 

背景技术

芦竹是一种湿地生态修复的常用植物，但是随着湿地的长时间运行，污染物的有效去除需要通过定期收割芦竹来实现。由于缺乏有效的资源化利用技术，使收割后的芦竹秸秆不能及时利用，进而造成二次污染。芦竹秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，是一种很好的生物质能，所以利用生物技术将芦竹秸秆进行生物转化具有重要意义。利用酶水解可以将秸秆中的纤维素转化为还原糖，但木质素对纤维素的包埋作用以及纤维素本身的结晶结构使得木质纤维素在酶解糖化中酶的可及度降低，酶解效率很低。

 

发明内容

针对现有芦竹秸秆酶解糖化效率低下的不足，本发明的目的在于提供一种提高芦竹秸秆酶解效率的方法。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

一种提高芦竹秸秆酶解效率的方法，其处理步骤为：

（1）原料制备：将芦竹秸秆洗净，切短至4～5cm，烘干备用；

（2）芦竹秸秆预处理：将芦竹秸秆加入温和碱反应液中浸泡进行预处理，温和碱反应液为NaOH和H₂O₂构成的混合水溶液，其中氢氧化钠质量分数为0.25～2%，H₂O₂体积分数为0.1～0.7%，余量为水；预处理参数为：温度40～80℃、固液比（g/mL）1:30～1:10、预处理时间4h～32 h；

（3）过滤烘干：将预处理后芦竹秸秆过滤并用水洗至中性后烘干，粉碎至不低于60目备用；

（4）酶解：向粉碎后的芦竹秸秆中加入pH值为4.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液和纤维素酶对粉碎后的芦竹秸秆进行酶解，粉碎后的芦竹秸秆与柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的固液比为1:24.4 g/mL；粉碎后的芦竹秸秆与纤维素酶的固液比为1:0.6 g/mL；酶解温度40-60℃，酶解时间12-72h，转速150r/min，酶解结束后将反应液离心分离，取上清液即得到芦竹秸秆酶解产物。

作为优选实施例，所述第（2）步预处理参数为：温度为64℃，处理时间26.5h，固液比为1:22.2；温和碱反应液中氢氧化钠质量分数为1.24%，H₂O₂体积分数为0.3%。

本发明通过化学法对木质纤维素原料进行预处理，降解木质素及打开纤维素的结晶结构以增大酶与底物的接触面，较大降低了秸秆中木质素含量，提高了芦竹秸秆的酶解后的还原糖转化率，从而提高酶解效率。

实验表明，本发明木质素去除率最高可达73.27%，酶解还原糖转化率最高可达77.79%，比未处理的芦竹秸秆纤维素水解提高了6.95倍。本发明使用温和碱处理方法处理芦竹秸秆，能有效去除秸秆中木质素，降低纤维素的结晶度，提高酶解后还原糖转化率，且能耗低，周期短，效率高。

 

具体实施方式

本发明提高芦竹秸秆酶解效率的方法，其处理步骤为：

（1）原料制备：将芦竹秸秆洗净，切短至4～5cm，烘干备用；

（2）芦竹秸秆预处理：将芦竹秸秆加入温和碱反应液中浸泡进行预处理，温和碱反应液为NaOH和H₂O₂构成的混合水溶液，其中氢氧化钠质量分数为0.25～2%，H₂O₂体积分数为0.1～0.7%，余量为水；预处理参数为：温度40～80℃、固液比（g/mL）1:30～1:10、预处理时间4h～32 h；

（3）过滤烘干：将预处理后芦竹秸秆过滤并用水洗至中性后烘干，粉碎至不低于60目备用；

（4）酶解：向粉碎后的芦竹秸秆中同时加入pH值为4.8的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液和纤维素酶对粉碎后的芦竹秸秆进行酶解，粉碎后的芦竹秸秆与柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的固液比为1:24.4 g/mL；粉碎后的芦竹秸秆与纤维素酶的固液比为1:0.6 g/mL。酶解温度40-60℃（优选50℃），酶解时间12-72h（优选60h），转速150r/min，酶解结束后将反应液离心分离，取上清液即得到芦竹秸秆酶解产物。

本发明木质素去除率和还原糖转化率按下式计算：

木质素去除率（%）=（未处理秸秆中木质素含量-处理后秸秆中木质素含量）/未处理秸秆中木质素含量*100%；

还原糖转化率（%）=（酶解后还原糖总量*0.9*100%）/底物中纤维素和半纤维素总量；