[發明專利]一種糖化處理木質纖維素的新方法

無效

• 申請號: 200810243557.2
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN101434976A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 林增祥;張紅漫;嚴立石;陳敬文;金強;黃和;瞿亮;胡齡;鄭榮平;于文濤
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C12P7/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種糖化處理木質纖維素的新方法，具體涉及通過稀酸球磨、結合纖維素酶復配來提高纖維素酶催化木質纖維素糖化的方法，屬于生物化工技術領域。

背景技術

乙醇是一種很有希望替代有限石油的燃料。日前燃料乙醇主要原料是糧食，然而糧食生產乙醇產量有限。真正可大量轉化乙醇的應是纖維質材料。纖維質材料轉化乙醇的挑戰性問題是產量偏低、成本偏高。纖維質材料的預處理是轉化乙醇過程中的關鍵步驟，該步驟的優化可明顯提高纖維素的水解率，進而降低乙醇的生產成本。

對利用木質纖維素類物質生產乙醇工藝中，通常都要對木質纖維素進行預處理，此步驟的主要目的是改變木質纖維素的表面結構，破壞木質素和半纖維素構成的網絡結構，脫去木質素，降低纖維素的結晶度。而目前已經實施產業化的木質纖維素預處理工藝主要有兩類：酸水解和酶水解。單一酸或堿處理需要10％～77％左右的濃度，由于其污染重、腐蝕大、酸堿回收困難、后處理難度大等問題依然還在突破中。與酸水解相比，酶解法是近年來剛起步的新方法，由于其條件溫和、效率高以及不存在污染等優勢，成為全球公認的最有發展前景的方法之一。然而，纖維素酶的使用成本較高，而目前酶解轉化的效率又低，這些都成為制約秸稈酶解發酵制備乙醇的關鍵因素。

纖維質材料必須經過預處理后，才能在纖維素的酶水解過程中獲得較高的轉化率，并且對前期工序和后期工序的成本都會產生重要影響。因為木質素、半纖維素對纖維素的保護作用以及纖維素本身的結晶結構，天然的纖維質原料直接進行水解時，其水解程度是很低的，即纖維素水解成糖的百分比很低。因此必需對木質纖維素原料進行一定的預處理，將木質素和半纖維素去除，減小纖維素的結晶度和增加多孔性，增大纖維素的可接觸面積，進而提高水解效率。較好的預處理方法還可以減少酶的用量。因此提高酶催化效率以及降低酶用量從而降低成本都是目前木質纖維素糖化工藝存在的主要問題。

中國專利CN1806945公開了一種利用秸稈預處理和酶解工藝使秸稈纖維素完全酶解的方法，將秸稈首先經汽爆處理，然后用熱水洗滌，除去半纖維素多糖，干燥后與離子液體混合，微波加熱或直接加熱，然后將處理后的秸稈用水反復沖洗，洗滌液中的溶劑可以通過蒸餾等方法回收，沖洗干凈的處理秸稈在50℃下，pH4.8的緩沖液中用纖維素酶酶解48～72小時，纖維素的酶解率可達到100％，但是汽爆處理的上述缺陷仍然存在，且汽爆后仍需要加熱，能耗極大，生產成本過高，且工藝繁瑣；美國專利US5562777公開了一種強酸水解纖維素和半纖維素的方法，將濃度為70％～77％的濃硫酸與纖維素和半纖維素的混合物按1.25:1混合均勻后形成凝膠狀，然后加水使凝膠物中的硫酸濃度稀釋至20％～30％，然后加熱至80℃～100℃，處理40min～480min，該工藝有效破壞了纖維素的結晶結構，有利于提高后續處理時纖維素的降解率，但該工藝同樣存在處理溫度高、強酸用量大、生產成本高等缺點；中國專利CN1970781公開了一種超聲波協同改性纖維素酶催化木質纖維素糖化的方法，通過粉碎(20目)和堿處理(常溫，3％～8％)分離原料中的木質素，用活化后的單甲氧基聚乙二醇與纖維素酶在檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中反應得到改性纖維素酶，將改性纖維素酶與β-葡萄糖苷酶、淀粉酶和果膠酶混合得到復配酶液，將復配酶按照相應的比例加入預處理后的原料中，配合超聲波(80W～300W)進行酶催化反應，最后經過濾、減壓蒸發，得到濃縮糖液(25％～35％)，該方法采用酶改性結合復配的方法，提高了綜纖維素的轉化率，但該方法的堿液濃度過大，對生產設備的維護保養和生產成本造成了巨大壓力，由于前期堿處理效果不良，造成了后期酶解工藝的復雜化，超聲處理和減壓等操作進一步增加了能耗及生產成本；中國專利CN101255479公開了一種將木質纖維素高效糖化的預處理方法，具體涉及一種常溫低濃度堿液預處理木質纖維素的方法，其優點在于整個操作不需要加熱，且利用濃度為0.1％～3％的超低濃度堿液濕磨的預處理方式，而且堿液可以回收使用，大大節約了操作成本，但是該方法對酶的使用未作優化，使得其酶解效率相對低下；中國專利CN101092639公開了一種生物酶降解糖化作物秸稈的方法，將經粉碎后的秸稈采用微生物和稀酸聯合預處理后，再用中性木聚糖酶和酸性纖維素酶進行降解糖化，且其纖維質的酶水解分兩步進行，該方法轉化率較高，污染輕，但是在預處理階段采用微生物發酵和稀酸聯合處理，一定程度上延長了操作時間，而且酶水解分兩步進行，并不算是實質上的復配操作，其繁瑣的工藝和冗長的時間，并不適用于工業化大生產。