[發明專利]一種纖維素組分磺化分離藕合酶水解生產可發酵糖的方法

無效

• 申請號: 200810218509.8
• 申請日: 2008-10-21
• 公開（公告）號: CN101381754A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 林鹿;莊軍平
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P7/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及一種纖維素轉組分磺化分離藕合酶水解生產可發酵糖的方法。

背景技術

能源短缺和環境污染是人類面臨的重大挑戰。一方面，人們賴以生存的石化燃料正面臨著枯竭；另一方面，石化燃料的使用也造成了嚴重的環境污染。例如大量烴類、芳香類、酚類化合物，以及二氧化硫、氮氧化物和溫室氣體的排放，已威脅到人類的生存環境。尋找非石油資源、非石油能源生產化工產品和燃料，發展再生能源及其相關產業，創建可持續發展的循環經濟模式，已成為當今能源、環境和化工等領域中的一個熱點方向。

燃料乙醇作為清潔的可再生能源，受到各國政府、科學研究所和產業界的廣泛關注。木質纖維素是地球上最豐富、最廉價且符合可持續發展要求的可再生資源。我國是一個農業大國，每年產生的農業廢棄物約有7億t，除少數秸稈被作為牲畜飼料、農家肥和農村燃料外，大多數秸稈被堆放或直接焚燒，不僅造成生物質資源的巨大浪費，也帶來嚴重的環境污染問題。這些農作物秸稈是發展非糧乙醇生物能源的首選原料。

纖維素原料一般含有纖維素35％～45％，半纖維素20％～30％，木質素15％～25％。目前，目前，作為纖維素乙醇制備過程的木質纖維素組分分離處理的主要方法主要有物理法(機械粉碎、高溫分解、微波處理、蒸汽爆破、高能輻射、液態熱水預處理等)、化學法(堿處理、氨處理、有機溶劑處理、臭氧處理等，是指以化學品作為預處理劑，破壞纖維素的結晶結構，打破木質素與纖維素的連接，同時使半纖維素溶解)、物理化學法和生物法。

物理預處理法如蒸汽爆破法對木質素含量較低的生物物質的效果較好，但能耗較大；生物預處理法周期較長，處理效率較低；氨爆破處理(AFEX)和CO₂爆破法與物理法一樣能耗較大，工業生產不太經濟；而普通化學法處理即NaOH+Na₂S溶液化學預處理法雖能分離木質素、半纖維素和半纖維素，但分離木質素高度縮合或降解，失去反應活性，很難轉化形成高附加值化學品；而半纖維素也大部份水解成糠醛等低分子量物質，同時對后續的酶水解有抑制作用，纖維素也有部分損失。

化學法中，堿處理效果取決于原料中木質素的特性。對于木質素低于18％的草類原料，堿法預處理效果顯著。堿預處理的主要作用是去除生物質中的木質素，以提高剩余多聚糖的反應性。使用較多的堿有NaOH、KOH、Ca(OH)₂；NaOH有較強的脫木質素和降低纖維素結晶度的作用，用稀NaOH溶液對木質纖維素進行處理，可使原料得到潤脹，從而增加其內部表面積，降低聚合度和結晶度，同時可將木質素與碳水化合物分離。但單獨堿處理對半纖維素破壞嚴重，木質素嚴重縮合成水不溶性產物，水解糖得率低，很難實現工業化。

生物法是利用自然界參與降解木質素的微生物種類有真菌、放線菌和細菌夠有效地和有選擇性地降解植物纖維原料中的木質素，分離纖維素，水解得到可發酵糖。目前國際上研究最多并表現出有效降解能力的白腐真菌。白腐菌處理法作用條件溫和，能耗低，具有獨特的優勢。但處理時間長，造成生產周期長，距實現工業化生產還有一定距離。

經過預處理或未經預處理的纖維素原料可采用水解方法得到葡萄糖等可溶性糖類。纖維素水解有濃酸水解、稀酸水解、酶水解。濃酸水解可在常溫、常壓下進行，糖得率高，副產物少。濃酸水解工藝較為成熟，適用范圍廣；然而，由于濃酸的腐蝕性強，很難實現工廠化生產。稀酸水解的溫度較高，反應條件較強烈，水解過程中得到的單糖會進一步降解生成對發酵有害的副產品，難以分離，發酵效率低，阻礙了其工業化應用。酶水解是利用纖維素酶復合體系(內切酶、外切酶和葡萄糖苷酶)對纖維素原料進行水解，條件溫和，水解糖質量高。但如果沒有對原料進行組分有效分離的預處理過程，酶水解過程會很長、水解的葡萄糖等可發酵糖的最終得率很低(以重量比計，<30％)。

因此，發明新型有效的組分分離與酶水解藕合技術與方法是有望實現纖維素轉化能源乙醇的規模化工業化生產的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的缺點，提出一種新的木質纖維素轉化能源乙醇的原料組分磺化分離藕合酶水解過程高效產生葡萄糖糖、纖維二糖和木糖等可發酵糖的新方法。

為達到上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一種纖維素組分磺化分離藕合酶水解生產可發酵糖的方法，包括如下步驟：

(1)、纖維素原料篩分：將纖維素原料切片或粉碎，用前濕法備料；