一種利用自由基預處理藻類的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，利用自由基預處理藻類的方法為將藻類進行干燥、粉碎、過篩、稱重、醋酸～醋酸鈉緩沖液浸泡以及向藻類浸泡液中加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液，最終獲得所述藻類的混合處理液；其中，所述醋酸～醋酸鈉緩沖液pH=4～6，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為2～40mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.003～0.06％。本發(fā)明所述整個預處理過程具有用時短、能耗低、操作簡單、無抑制物、無腐蝕性物質、環(huán)境友好、對預處理設備要求低等優(yōu)勢，適用于藻類物質的大規(guī)模預處理。
【專利說明】一種利用自由基預處理藻類的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及藻類加工領域，特別涉及一種利用自由基預處理藻類的方法，所述藻類預處理后可用于發(fā)酵燃料乙醇。
【背景技術】
[0002]藻類物質具有生長速度快，產量高，不依賴農業(yè)化肥農藥，耕種土地等優(yōu)勢。藻類作為含有豐富的碳水化合物和微量的木質素的可再生資源，已經(jīng)被認為第三代生物能源作物。利用藻類生產高附加產品及替代能源成為了未來研究的重點。
[0003]藻類的結構雖然相對疏松，但是藻類原料還是需要一個適當?shù)念A處理方式，使得其結構徹底瓦解，有利于纖維素和半纖維素充分暴露出來，更好地轉化為替代能源。現(xiàn)有的針對藻類的預處理方式普遍采用稀酸高溫處理，存在作用方式過于強烈，碳水化合物回收率低，副產物多，能耗大等諸多弊端。
[0004]鑒于上述描述，亟待有一種條件溫和、環(huán)境友好、能源節(jié)約并且與藻類成分結構相適應的新型預處理方式的出現(xiàn)，從而可以實現(xiàn)藻類低成本、高效轉化。
[0005]自然界中，生物體在利用木質纖維素的過程中已經(jīng)形成了巧妙的類似于預處理的方式，如白腐菌，褐腐菌等木材降解菌和白蟻以纖維素類物質為食的動物體內，都存在非酶氧化機制，通過產生的羥自由基(.0Η)攻擊木質纖維素的抗降解屏障。本發(fā)明人基于生物仿生的原理，利用Fenton試劑模擬自由基產生，第一次運用到生物質預處理過程中。該新型預處理方式能夠為實現(xiàn)藻類低成本，高效轉化提供了一條全新的途徑。
【發(fā)明內容】
[0006]針對現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種利用自由基預處理藻類的方法，本發(fā)明方法反應條件溫和，并且實現(xiàn)了對藻類低成本和高效率的轉化處理。
[0007]本發(fā)明解決上述問題的技術方案是，一種利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，利用自由基預處理藻類的方法為將藻類進行干燥、粉碎、過篩、稱重、醋酸~醋酸鈉緩沖液浸泡以及向藻類浸泡液中加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液，最終獲得所述藻類的混合處理液；
[0008]其中，所述醋酸~醋酸鈉緩沖液ρΗ=4~6，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為2~40mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.003~0.06%。
[0009]優(yōu)選的是，所述利用自由基預處理藻類的方法包括以下步驟:
[0010]步驟一:將藻類干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述藻類使用10-100目的標準篩子進行過篩處理，備用；
[0011]步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述藻類和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中藻類浸泡液中所述藻類的質量體積濃度為20~200g/L，備用；
[0012]步驟三:向所述藻類浸泡液中依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得藻類的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為2~40mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.003~0.06%。
[0013]優(yōu)選的是，所述步驟一將粉碎后的所述藻類使用80-100目的標準篩子進行過篩處理。
[0014]優(yōu)選的是，所述步驟二中所述容器中所述藻類的質量體積濃度為50~100g/L。
[0015]優(yōu)選的是，所述步驟三中所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為5~20mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.005~0.05 %。
[0016]優(yōu)選的是，所述步驟三所述混合處理液可以直接加入纖維素酶或者酵母發(fā)酵液用于纖維素酶糖化或者同步糖化發(fā)酵。
[0017]優(yōu)選的是，所述藻類為綠藻、紅藻、褐藻和微藻中的一種或一種以上的組合物。
[0018]本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明方法采用通過采用低濃度的FeSO4和H2O2混合反應產生的羥基自由基，利用自由基攻擊破壞木質纖維素的氫鍵結構和木素結構，從而有選擇性的破壞植物細胞壁，最大程度的保留了纖維素和半纖維素的含量，使得藻類纖維素的結晶度和氫鍵強度大幅降低，藻類中的碳水化合物回收率達到100%，藻類物質預處理后可及性提高，纖維素的轉化率可以達到76.3%。本發(fā)明所述預處理方法用時短，條件溫和，對設備無要求，無抑制物產生，可及度提高，纖維素的轉化率可以達到。整個預處理過程快速，操作簡單，適用于藻類物質的大規(guī)模預處理過程。
【具體實施方式】
[0019]為了進一步說明本發(fā)明，以下結合實施例對本發(fā)明提供的利用自由基預處理藻類的方法進行詳細描述，但不能將他們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0020]對比例
[0021]現(xiàn)有藻類預處理方法:
[0022]酸預處理:以巨藻為研究對象，取巨藻在65°C烘箱干燥24h，然后用粉碎機粉碎，使用100目標準篩子篩選獲得小于100目的藻類樣品。取2.5g藻類(干重)加入三角瓶中，加入50ml0.5%硫酸浸泡樣品，100°C加熱30min，取出并放置至室溫、加入氫氧化鈉中和至PH5.0。加入商業(yè)纖維素酶(T.reesei26921)，纖維素酶酶用量為15FPU/g底物，纖維素酶糖化實驗在50°C，反應72h。
[0023]本發(fā)明所述藻類預處理的實施例:
[0024]實施例1
[0025]步驟一:將綠藻(如滸苔)干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述綠藻(如滸苔)使用40目的標準篩子進行過篩處理，備用；
[0026]步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述綠藻(如滸苔)和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中綠藻(如滸苔)浸泡液中所述綠藻(如滸苔)的質量體積濃度為20g/L，備用；
[0027]步驟三:向所述綠藻(如滸苔)浸泡液依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得綠藻(如滸苔)的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為2mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.003%。
[0028]實施例2
[0029]步驟一:將紅藻(如紫菜)干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述紅藻(如紫菜)過篩，將粉碎后的所述紅藻(如紫菜)使用60目的標準篩子進行過篩處理，備用； [0030]步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述紅藻(如紫菜)和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中紅藻(如紫菜)浸泡液中所述紅藻(如紫菜)的質量體積濃度為50g/L，備用；
[0031]步驟三:向所述紅藻(如紫菜)浸泡液中依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得紅藻(如紫菜)的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為5mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.01%。
[0032]實施例3
[0033]步驟一:將褐藻(如巨藻)干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述褐藻(如巨藻)過篩，將粉碎后的所述褐藻(如巨藻)使用80目的標準篩子進行過篩處理，備用；
[0034]步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述褐藻(如巨藻)和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中褐藻(如巨藻)浸泡液中所述褐藻(如巨藻)的質量體積濃度為80g/L，備用；
[0035]步驟三:向所述褐藻(如巨藻)浸泡液中依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得褐藻(如巨藻)的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為10mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.03%。
[0036]實施例4
[0037]步驟一:將微藻(如小球藻)干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述微藻(如小球藻)過篩，將粉碎后的所述微藻(如小球藻)使用100目的標準篩子進行過篩處理，備用；
[0038]步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述微藻(如小球藻)和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中微藻(如小球藻)浸泡液中所述微藻(如小球藻)的質量體積濃度為100g/L，備用；
[0039]步驟三:向所述微藻(如小球藻)浸泡液中依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得微藻(如小球藻)的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為15mM,所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.05%。
[0040]實施例5
[0041]步驟一:將等量的綠藻(如滸苔)和紅藻(如紫菜)混合干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述綠藻(如滸苔)和紅藻(如紫菜)的混合藻使用20目的標準篩子進行過篩處理，備用；[0042]步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述混合燥和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中混合燥浸泡液中所述混合燥的質量體積濃度為150g/L，備用；
[0043]步驟三:向所述混合燥浸泡液中依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得混合燥的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為30mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.06%。
[0044]實施例6
[0045]步驟一:將微藻(如小球藻)和褐藻(如巨藻)按3: 7比例混合并干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述微藻(如小球藻)和褐藻(如巨藻)的混合藻使用10目的標準篩子進行過篩處理，備用；
[0046]步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述微藻(如小球藻)和褐藻(如巨藻)和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中微藻(如小球藻)和褐藻(如巨藻)浸泡液中所述微藻(如小球藻)和褐藻(如巨藻)的質量體積濃度為200g/L,備用；
[0047]步驟三:向所述微藻(如小球藻)和褐藻(如巨藻)浸泡液中依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得微藻(如小球藻)和褐藻(如巨藻)的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為40mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.06%。
[0048]上述本發(fā)明所述實施例在結束預處理后的分別向所述混合處理液中加入15FPU/g底物的商業(yè)纖維素酶，在50°C水浴72h完成纖維素酶的糖化實驗。
[0049]實驗結果見表1:
[0050]
【權利要求】
1.一種利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，利用自由基預處理藻類的方法為將藻類進行干燥、粉碎、過篩、稱重、醋酸~醋酸鈉緩沖液浸泡以及向藻類浸泡液中加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液，最終獲得所述藻類的混合處理液； 其中，所述醋酸~醋酸鈉緩沖液pH=4~6，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為2~40mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃 度為0.003~0.06%。
2.如權利要求1所述利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:將藻類干燥至恒重，之后用粉碎機粉碎，將粉碎后的所述藻類使用10-100目的標準篩子進行過篩處理，備用； 步驟二:向容器中分別加入過篩后的所述藻類和醋酸~醋酸鈉緩沖液，使所述容器中藻類浸泡液中所述藻類的質量體積濃度為20~200g/L，備用； 步驟三:向所述藻類浸泡液中依次加入硫酸亞鐵溶液和過氧化氫溶液并不斷進行常規(guī)攪拌，制得藻類的混合處理液，其中，所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為2~40mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.003~0.06%。
3.如權利要求2所述的利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，所述步驟一將粉碎后的所述藻類使用80-100目的標準篩子進行過篩處理。
4.如權利要求2所述的利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，所述步驟二中所述容器中所述藻類的質量體積濃度為50~100g/L。
5.如權利要求2所述的利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，所述步驟三中所述硫酸亞鐵的添加量為使所述混合處理液中硫酸亞鐵物質的量濃度為5~20mM，所述過氧化氫溶液的添加量為使所述混合處理液中過氧化氫的質量百分比濃度為0.005~0.05%。
6.如權利要求2所述的利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，所述步驟三所述混合處理液可以直接加入纖維素酶或者酵母發(fā)酵液用于纖維素酶糖化或者同步糖化發(fā)酵。
7.權利要求1~5任一項所述的利用自由基預處理藻類的方法，其特征在于，所述藻類為綠藻、紅藻、褐藻和微藻中的一種或一種以上的組合物。
【文檔編號】C12P19/02GK103555792SQ201310537403
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權日:2013年10月31日
【發(fā)明者】高樂, 張東遠, 陳樹林 申請人:中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所