一種堿預處理、低壓力蒸汽閃爆與生物酶聯合處理綜合利用棉稈皮的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物質資源利用方法，尤其是涉及一種堿預處理、低壓力蒸汽閃爆與生物酶聯合處理綜合利用棉桿皮的方法，屬生物質資源利用領域。
【背景技術】
[0002]棉桿作為棉花種植的副產品，其表面韌皮中含有纖維素以及木質素、半纖維素等非纖維素物質。棉桿皮屬于可再生資源，其纖維素含量40%左右，從棉桿皮中提取適合于紡織，復合材料制備的棉桿皮纖維，有助于提高棉作物的價值。目前，大部分棉桿被當成廢料燃燒，造成生物資源的極大浪費。所以，對棉桿韌皮進行更好地開發利用尤為重要。
[0003]目前，涉及棉桿皮利用的專利主要有:(1)秸桿類生物質資源利用，如發明專利《生物質秸桿多口閃爆預處理生產系統及其生產工藝》(公開號:CN104474975A)，利用生物質秸桿原料閃爆技術，通過生物質秸桿飼料生產線、食用粉生產線、制漿生產線、生產酒精燃料生產線和木塑復合建材生產線生產出不同類的產品；(2)蒸汽閃爆法制備棉桿皮纖維，如發明專利《一種棉桿皮纖維清潔脫膠方法》(公開號:CN101008108A)，采用閃爆與高溫高壓后處理相結合的方法制備棉桿皮纖維；發明專利《一種蒸汽閃爆和堿處理相結合制備紡織用棉桿皮纖維的方法》(公開號:CN104047063A)，先采用蒸汽閃爆分離棉桿皮，然后用氣氧化鐘進一步處理，最后用雙氧水漂白。蒸汽閃爆后，纖維得率為50%左右，而30%左右已分離、降解的半纖維素被忽略。本發明專利利用堿預處理，降低閃爆壓力，在利用纖維素纖維的同時，利用閃爆后除纖維外30%左右物質糖化發酵制備生物酒精，提高棉桿皮利用率。
【發明內容】
[0004]為了進一步提高棉桿皮的利用率，尤其是能同時利用棉桿皮中的纖維素纖維以及分離出的半纖維素、多糖、單糖等物質，本發明降低蒸汽閃爆的壓力。為確保棉桿皮能在較低的蒸汽閃爆條件下得到較好的分離效果，先用堿預處理棉桿皮，預處理后的棉桿皮帶著堿液采用閃爆時間極短(0.0875s)的汽爆工藝試驗臺閃爆；較低的蒸汽閃爆條件可減少阻礙后續糖化發酵的糠醛等物質產生，綜合利用棉桿皮。
[0005]本發明所采用的技術方案是一種堿預處理、低壓力蒸汽閃爆與生物酶聯合處理綜合利用棉桿皮的方法，具體按照以下步驟實施:
[0006](I)機械切割:將棉桿皮切割成8?12cm長的段；
[0007](2)堿預處理:將步驟⑴得到的棉桿皮置于固液比為1: 10?1: 20的堿溶液中，堿用量為2?20g/L ；
[0008](3)蒸汽閃爆:堿預處理后的棉桿皮不洗滌，將流動水壓出后，裝入閃爆罐中，通入飽和水蒸汽，使飽和水蒸汽壓強達到0.6?1.0Mpa,維持飽和水蒸汽壓強60?300s后以0.0875s瞬間閃爆，將蒸汽閃爆后得到的粗纖維和水解液均收集起來，分別進行下述處理；
[0009](4)洗滌:將蒸汽閃爆后得到的粗纖維置于固液比為1: 20?1: 40的清水中反復洗滌，用濾布過濾，分別收集洗凈后的粗纖維和濾液，并將粗纖維在室溫下晾干；
[0010](5)漆酶處理:用漆酶介體體系進一步處理粗纖維，達到處理時間后升溫至90?100。。煮 I ?2h ;
[0011](6)離心分離:將濾液和水解液離心分離，分別收集上清液和殘渣，并將得到的殘渣烘干、粉碎；
[0012](7)木聚糖酶水解:在上清液中加入木聚糖酶進行水解糖化，達到處理時間后升溫至90?100°C煮I?2h ;
[0013](8)生物酶處理:用纖維素酶和半纖維素酶復配處理殘渣，水解糖化，達到處理時間后升溫至90?100 °C煮I?2h ;
[0014](9)發酵:將步驟(7)和⑶得到的酶解液離心后取上清液收集在一起，發酵制備生物酒精。
[0015]2、根據權利要求1所述堿預處理，其特征在于，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀，預處理溫度可以是常溫，浸泡10?24h，也可以是60?100°C，堿煮I?5h。
[0016]3、根據權利要求1所述洗滌，其特征在于，先將棉桿皮粗纖維置于固液比為I: 20?1: 30、90?100°C熱水中水煮I?2h，后在常溫水中洗滌0.5?1.5h。
[0017]4、根據權利要求1所述的漆酶介體體系進一步處理粗纖維，其特征在于，所述漆酶來自白腐真菌或云芝，處理溫度為25?55°C，固液比為1: 10?1: 25，pH值為3.0?6.0，漆酶用量為20?600U/g棉桿皮纖維，所述介體為ABTS或HBT，用量為棉桿皮纖維干重的0.5?6%，處理時間為5?25h，處理后的纖維用清水洗凈，在室溫條件下晾干，晾干后的纖維用針齒密度為10?15齒/cm的不銹鋼梳子梳理，得到棉桿皮細纖維。
[0018]7、根據權利要求1所述的木聚糖酶處理上清液，其特征在于，木聚糖酶用量為50?300U/mL上清液，處理溫度為30?50°C，pH值為4.0?6.0，處理時間為24?72h ；
[0019]6、根據權利要求1所述的殘渣生物酶糖化處理過程，其特征在于，半纖維素酶和纖維素酶用量比為1:1?1: 4，處理溫度為30?50°C，固液比為1: 10?1: 25，pH值為4.0?6.0，處理時間為24?72h ；
[0020]7、根據權利要求1所述的發酵，其特征在于，對酶解后得到的上清液滅菌后接入已培養24?48h、濃度達到I?5g/L的耐高溫酵母細胞液，細胞液用量為上清液重量的
0.5?2%，在35?45°C條件下厭氧發酵24?48h。
[0021]在以上各工序中:
[0022](I)堿預處理不僅可以潤漲纖維素，同時還可以使半纖維素發生脫乙酰基反應，在細胞壁和胞間層之間形成孔隙，從而有利于飽和蒸汽和水滲入物料內部，利于蒸汽爆破處理。
[0023](2)堿預處理后的棉桿皮不洗滌，直接帶著堿液閃爆，在保壓時間里，堿與半纖維素、木質素等發生反應，一方面可以得到更優的纖維，另一方面可以降低蒸汽閃爆條件，減少糠醛等阻礙后續糖化發酵的物質產生。
[0024](3)蒸汽閃爆前，將流動水壓出后閃爆，是為了提高反應的均勻性。
[0025](4)熱水水煮的作用一方面是防止已脫出的木質素和半纖維素再次重新凝聚在一起，另一方面是使蒸汽閃爆后半纖維素降解的糖和部分可溶性糖溶出。
[0026](5)漆酶介體體系處理著重去除木質素，其降解木質素的機制:在氧氣存在下，介體被漆酶氧化成活性高且具有一定穩定性的中間體，這些活性中間體能從氧分子中獲得電子，并把電子傳遞給木質素分子，從而使木質素氧化降解，氧被還原成水。
[0027](6)滅活是為了防止酶液殘留。
[0028](7)纖維在室溫條件下晾干而不烘干主要是防止纖維粘連，便于梳理，且自然晾干的纖維手感較烘干的纖維好。
[0029](8)滅菌是為了滅除酶水解后上清液中自帶的菌。
[0030]本發明的有益效果是，通過堿預處理、低壓力蒸汽閃爆與生物酶聯合處理，在得到細、軟棉桿皮纖維的同時，利用蒸汽閃爆后的水解液和殘渣制備生物酒精，綜合利用棉桿皮。
【附圖說明】
[0031]圖1是棉桿皮綜合利用流程圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0033]本發明先用堿預處理棉桿皮，后帶著堿液采用爆破時間極短(0.0875s)的汽爆工藝試驗臺蒸汽閃爆，降低蒸汽閃爆條件，一方面得到纖維素纖維，另一方面低壓力可減少阻礙后續糖化發酵的糠醛等物質產生，提高棉桿皮利用率。
[0034]實施例1
[0035](I)機械切割:將棉桿皮切割成8cm長的段；
[0036](2)堿預處理:將步驟⑴得到的棉桿皮置于固液比為1: 10的氫氧化鈉溶液中常溫浸泡20h，氫氧化鈉用量為14g/L ；
[0037](3)蒸汽閃爆:堿預處理后的棉桿皮不洗滌，將流動水壓出后，裝入閃爆罐中，通入飽和水蒸汽，使飽和水蒸汽壓強達到0.6Mpa，維持飽和水蒸汽壓強300s后以0.0875s瞬間閃爆，將蒸汽閃爆后得到的粗纖維和水解液均收集起來，分別進行下述處理；
[0038](4)洗滌:先將蒸汽閃爆后得到的棉桿皮粗纖維置于固液比為1: 20的90°C熱水中洗滌2h，后置于固液比為1: 40的常溫水中洗滌0.5h，用濾布過濾，分別收集洗凈后的粗纖維和濾液，并將粗纖維在室溫下晾干；
[0039](5)漆酶處理:用漆酶介體體系進一步處理粗纖維，漆酶來自白腐真菌，處理溫度為50°C，固液比為1: 15，？!1值為3.0，漆酶用量為1501]/^棉桿皮纖維，介體48了5，用量為棉桿皮粗纖維干重的2%，處理時間為10h，達到處理時間后升溫至90°C煮2h，將纖維用清水洗凈，在室溫條件下晾干，晾干后的纖維用針齒密度為10齒/cm的不銹鋼梳子梳理，得到棉桿皮細纖維；
[0040](6)離心分離:將濾液和水解液離心分離，分別收集上清液和殘渣，并將得到的殘渣烘干、粉碎；
[0041](7)木聚糖酶水解:在上清液中加入木聚糖酶進行水解糖化，木聚糖酶用量為100U/mL上清液，處理溫度為35°C，pH值為5.0，處理時間為48h，達到處理時間后升溫至90°C 煮 2h ;
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