專利名稱：一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種預(yù)處理燃料酒精原料的方法。
背景技術(shù)：
秸桿主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。秸桿纖維素微細(xì)纖維由秸桿中的數(shù)個(gè)纖維素分子之間通過氫鍵和范德華力接合而成，構(gòu)成纖維素微細(xì)纖維的纖維素稱為結(jié)晶性纖維素，其它纖維素稱為非結(jié)晶纖維素。纖維素是D-吡喃葡萄糖基以￠-1, 4糖苷鍵聯(lián)結(jié)而成的線狀高分子化合物。半纖維素是由多種糖基(木糖基、葡萄糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基和鼠李糖基等)，糖醛酸基(半乳糖醛酸基和葡萄糖醛酸基等)和こ酞基所組成，與纖維素纏繞在一起。秸桿中的木質(zhì)素是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)単元通過醚鍵和碳-碳鍵聯(lián)接而成的芳香族高分子化合物。秸桿的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和纖維素的結(jié)晶區(qū)形成一種堅(jiān)固的天然屏障，阻礙纖維素酶的進(jìn)入，使得生物降解難于迅速進(jìn)行。因此人們不得不借助化學(xué)的、物理 的方法進(jìn)行預(yù)處理，使纖維素與木質(zhì)素、半纖維素等分離，使纖維素內(nèi)部氫鍵打開，使結(jié)晶纖維素成為無定型纖維素，以及進(jìn)一歩打斷部分￠-1,4-糖苷鍵，降低聚合度，改變天然纖維素的結(jié)構(gòu)，破壞纖維素-木質(zhì)素-半纖維素之間的連接，降低纖維素的結(jié)晶度以及提高基質(zhì)的孔隙率。因此預(yù)處理是生物轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟，影響整個(gè)纖維素酒精生產(chǎn)過程.高效、便捷的預(yù)處理技術(shù)是木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料こ醇的關(guān)鍵所在。微波是頻率為300MHz 300GHz的電磁波，波長為Imm lm，介于紅外與無線電波之間，屬于高頻電磁波，微波加熱基本上都屬于偶極子極化加熱方式。微波預(yù)處理具有減少生產(chǎn)費(fèi)用、縮短エ藝流程、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有的秸桿微波預(yù)處理技術(shù)還存在著明顯的不足之處(1)由于常壓微波的加熱速度非?？?，對秸桿類物質(zhì)進(jìn)行處理過程中，秸桿類物質(zhì)內(nèi)部溫度瞬時(shí)升高，容易對物料產(chǎn)生過熱或燒傷的焦糊想象，影響纖維素的酶解，為此目前常壓微波預(yù)處理技術(shù)采用的固液比為I :(40-100)，用水量過大，相應(yīng)的成本升高；(2)物料溫度一般在超過170-190°C時(shí)，纖維素的酶解率才能達(dá)到85%以上，因此在加壓微波預(yù)處理過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物對纖維素酶及釀酒酵母的抑制作用大，進(jìn)而影響葡萄糖轉(zhuǎn)化率和こ醇產(chǎn)率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法成本高，處理過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物對纖維素酶及釀酒酵母的抑制作用大，進(jìn)而影響葡萄糖轉(zhuǎn)化率和こ醇產(chǎn)率的問題，而提供一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法。本發(fā)明的變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法按以下步驟進(jìn)行一、將基質(zhì)粉末放入60_80°C的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基質(zhì)粉末5g_10g，粉碎成顆粒小于40目的粉末；ニ、在步驟一中得到的顆粒小于40目的粉末中加入蒸餾水，固液比為I : (5-20)，得到粉末與蒸餾水的混合物；
三、將步驟ニ中得到的粉末與蒸餾水的混合物放入微波處理器中在70_80°C下進(jìn)行真空微波處理，絕對壓カ為0. 3atm-0. 7atm,姆_ lmin-2min微波處理I次，姆次處理lmin-2min,共處理5次，即完成燃料酒精原料的預(yù)處理。本發(fā)明效果本發(fā)明方法的反應(yīng)溫度低，能耗小，反應(yīng)時(shí)間短，節(jié)省了成本。本發(fā)明是在一定的真空度下對基質(zhì)粉末進(jìn)行處理，在此條件下，蒸餾水氣化溫度低，對基質(zhì)粉末的處理溫度在100°C以下，產(chǎn)生的糠醛、羥甲基糠醛等中間產(chǎn)物對纖維素酶及釀酒酵母的抑制作用小，進(jìn)而提高葡萄糖轉(zhuǎn)化率和こ醇產(chǎn)率。采用本發(fā)明方法處理后葡萄糖轉(zhuǎn)化率為50%-55%，理論こ醇產(chǎn)率為77%-85%。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法按以下步驟進(jìn)行一、將基質(zhì)粉末放入60_80°C的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基質(zhì)粉末5g_10g，粉碎成顆粒小于40目的粉末；ニ、在步驟一中得到的顆粒小于40目的粉末中加入蒸餾水，固液比為I :(5_20)，得到粉末與蒸餾水的混合物；
三、將步驟ニ中得到的粉末與蒸餾水的混合物放入微波處理器中在70_80°C下進(jìn)行真空微波處理，絕對壓カ為0. 3atm-0. 7atm,姆_ lmin-2min微波處理I次，姆次處理lmin-2min,共處理5次，即完成燃料酒精原料的預(yù)處理。本實(shí)施方式步驟ニ所述的固液比為顆粒小于40目的粉末的質(zhì)量(g)與蒸餾水的體積(mL)比。本實(shí)施方式步驟三所述的微波處理器的型號為美國CEM公司生產(chǎn)的Mars5高通量密閉微波消解系統(tǒng)(微波消解儀)，微波頻率450MHz。
具體實(shí)施方式
ニ 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于步驟一中基質(zhì)粉末為甘蔗渣粉、稻殼粉和秸桿粉中的一種或其中幾種的混合物。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。當(dāng)基質(zhì)粉末為混合物時(shí)，各組分之間按任意比混合。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或ニ不同點(diǎn)在于步驟ニ中固液比為I :(7. 5-12. 5)。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或ニ不同點(diǎn)在于步驟ニ中固液比為1:10。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同點(diǎn)在于步驟三中將粉末與蒸餾水的混合物放入微波處理器中在75°C下進(jìn)行真空微波處理。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同點(diǎn)在于步驟三中絕對壓カ為0. 5atm。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同點(diǎn)在于步驟三中每隔Imin微波處理I次，毎次處理lmin。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七之一不同點(diǎn)在于步驟三中每隔2min微波處理I次，毎次處理2min。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一至七之一相同實(shí)施例變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法按以下步驟進(jìn)行一、將基質(zhì)粉末放入80°C的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基質(zhì)粉末10g，粉碎成顆粒小于40目的粉末；ニ、在步驟一中得到的顆粒小于40目的粉末中加入蒸餾水，固液比為I :10，得到粉末與蒸餾水的混合物；三、將步驟ニ中得到的粉末與蒸餾水的混合物放入微波處理器中在80°C下進(jìn)行真空微波處理，絕對壓カ為0. 5atm,姆隔Imin微波處理I次,姆次處理lmin,共處理5次，即完成燃料酒精原料的預(yù)處理。
為驗(yàn)證本實(shí)施例的效果，運(yùn)用稀酸水解法、蒸汽爆破法和堿石灰法分別對秸桿粉進(jìn)行預(yù)處理，得到的結(jié)果如表I所示。表I變頻真空微波預(yù)處理與其他預(yù)處理方法主要參數(shù)的比較
.,I, ., , f 絕對fk力 I lk!、y:Wln|
預(yù)處觀方法加劑溫度(t)
I a細(xì))(mtn)
烯酸水鮮法0.5%-3.0% 稀 fili 酸130-200 3-152-30
蒸汽爆破法水190-200 6-1510-30
Si ィ f Ic 法0.05-OJ5gCa(OH),k 物 100i-6I-Sli
變I!真空微波處Jf水800.55從表I可以看出，變頻真空微波預(yù)處理與其他處理方式相比不需要添加剤，反應(yīng)的溫度、壓強(qiáng)與其它處理方式相比要求較低，能耗小，反應(yīng)時(shí)間短，相應(yīng)節(jié)省了成本。表2不同微波預(yù)處理方法的比較
廠時(shí)_溫度絕對Hi力rI
,W液比葡萄糖轉(zhuǎn)化率乙醉產(chǎn)舉
常 IK微波 <20 II1:4049.1%76%
加 Ik 微波 S 130 2.71:1050.9%72%
變頻 ft 空微波 5 800.51:1051.26%80%由表2可以看出，本實(shí)施例的變頻真空微波預(yù)處理比傳統(tǒng)的常壓微波處理方式時(shí)間短，固液比低；比傳統(tǒng)的加壓微波溫度低、壓カ小，使得エ藝成本降低，同時(shí)在預(yù)處理過程中產(chǎn)生的對纖維素酶和釀酒酵母的抑制作用小，使得葡萄糖轉(zhuǎn)化率和こ醇產(chǎn)率高于常壓微波和加壓微波預(yù)處理。
權(quán)利要求
1.一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法按以下步驟進(jìn)行 一、將基質(zhì)粉末放入60-80°C的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基質(zhì)粉末5g-10g，粉碎成顆粒小于40目的粉末； 二、在步驟一中得到的顆粒小于40目的粉末中加入蒸餾水，固液比為I: (5-20)，得到粉末與蒸餾水的混合物； 三、將步驟二中得到的粉末與蒸餾水的混合物放入微波處理器中在70-80°C下進(jìn)行真空微波處理，絕對壓力為0. 3atm-0. 7atm,每隔lmin_2min微波處理I次，每次處理lmin-2min,共處理5次，即完成燃料酒精原料的預(yù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于步驟一中基質(zhì)粉末為甘蔗渣粉、稻殼粉和秸桿粉中的一種或其中幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于步驟二中固液比為I :(7. 5-12. 5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于步驟二中固液比為I :10。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于步驟三中將粉末與蒸餾水的混合物放入微波處理器中在75°C下進(jìn)行真空微波處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于步驟三中絕對壓力為0. 5atm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于步驟三中每隔Imin微波處理I次,每次處理lmin。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，其特征在于步驟三中每隔2min微波處理I次，每次處理2min。
全文摘要
一種變頻真空微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法，涉及一種預(yù)處理燃料酒精原料的方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有微波預(yù)處理燃料酒精原料的方法成本高，處理過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物對纖維素酶及釀酒酵母的抑制作用大，進(jìn)而影響葡萄糖轉(zhuǎn)化率和乙醇產(chǎn)率的問題。方法如下一、將基質(zhì)粉末烘干至恒重，粉碎成顆粒小于的40目粉末；二、在粉末中加入蒸餾水，得混合物；三、將混合物放入微波處理器中進(jìn)行真空微波處理，即完成燃料酒精原料的預(yù)處理。本發(fā)明方法的成本低，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物對纖維素酶和釀酒酵母的抑制作用小，進(jìn)而提高葡萄糖轉(zhuǎn)化率和乙醇產(chǎn)率。該制備方法適用于酒精的工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C12P7/10GK102758374SQ20121025964
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者馮玉杰, 李冬梅, 譚羽非, 韓沐昕 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)