[發明專利]一種原位酶解纖維素體系及回收方法

有效

• 申請號: 200910093300.8
• 申請日: 2009-09-16
• 公開（公告）號: CN101899487A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 咸漠;李良智;何玉財;譚偉強;李強;楊方
• 申請（專利權）人: 青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C07F9/6506;C07H3/02;C07H1/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及一種離子液體/溶劑體系中進行纖維素酶解的工藝和酶解體系，以及酶解后離子液體的回收方法。

背景技術

纖維素分子間及分子內具有極強的氫鍵作用，這使得纖維素不溶于通常的溶劑、難以被直接利用。因此，纖維素的溶解一直是纖維資源綜合利用過程重點需要解決的問題。傳統上，采用化學改性的方法(如酮氨絡合物法、黃原酸鹽法等)處理纖維素，該法存在能耗高、污染嚴重，投資較大等缺點。鑒于此，各國科學家致力于開發新型的纖維素研究溶劑，主要有四氧二氮/二甲基甲酞胺(N₂O₄/DMF)、氯化鋰/二甲基乙酰胺(LiCl/DMAc)、二甲基亞砜/四乙基氯化氨體系(DMSO/TEAC)、環胺氧化物。其中，環胺氧化物尤其是N-甲基氧化嗎琳(NMMO)被認為是相對比較有前途的有機溶劑。然而，溶劑的揮發性、毒性、溶劑造價高不易回收、應用不穩定等方面的缺點限制了這些溶劑處理纖維素的工業化的發展進程。

近年來，離子液體作為一種“綠色可設計溶劑”，在纖維素預處理領域引起廣泛關注，其已經成功地用于纖維素的溶解以及加工過程。常見的研究是采用離子液體(如1-丁基-3-甲基咪唑氯)在一定溫度下將纖維素溶解處理，然后用水/有機溶劑進行纖維素再生，最后用纖維素酶對再生纖維素進行酶解，即通常所說的“兩步法”，其步驟繁瑣，且再生纖維素的有機溶劑用量大。理想的方法是將纖維素、離子液體和酶進行“一鍋”處理，實現離子液體對纖維素的溶解和纖維素酶的酶解反應協調進行。目前為止，尚未見有關“一鍋”方法的成功報道，主要原因在于：第一，常見的如咪唑氯型等的離子液體雖能溶解纖維素，但離子液體本身與酶分子形成氫鍵，其生物相容性差，容易造成纖維素酶失活；第二，離子液體黏度高。比一般有機溶劑高1～3個數量級，雖然溫度的升高和雜質的存在會顯著降低其黏度，但目前離子液體最小的黏度也在5～10cP。黏度大會影響離子液體的傳質和傳熱效果，不利于產物的分離。第三，采用“一鍋”法時，由于體系的粘度大，離子液體和單糖回收問題非常復雜。2008年，Kamiya等提出在水-離子液體的體系中進行纖維素的原位酶解，其體系采用離子液體1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯，分別添加不同量的檸檬酸緩沖液(10mmol/L，pH＝5.0)，在40℃時纖維素酶直接加入到水溶液-離子液體的體系中進行酶解纖維素，當其中離子液體和水的體積比為1∶4時，超過起始量的70％的纖維素能轉化成纖維二糖和葡萄糖，這一結果表明原位酶解是可以實現的。然而，在離子液體濃度進一步提高時，酶解效果大大降低，研究者沒有考慮到離子液體增加導致的體系粘度和反應的傳質傳熱等問題，同時對于酶解過程的影響因素也未全面考慮。

另一方面，針對離子液體/溶劑混合體系，在其中進行原位酶解后的最大問題是如何從離子液體中回收非揮發、親水性的離子液體以及酶解后得到的單糖。2003年，Rogers等提出雙水相系統(ABS，Aqueous?biphasicsystems)可能用于從親水性離子液體的水溶液中濃縮或者是回收離子液體，然而，目前為止，尚未見到用ABS系統回收離子液體的實例報道，而針對體系中同時含有極性大的單糖和親水性離子液體這一更為復雜的問題，采用ABS系統來回收其中離子液體以及分離單糖的研究同樣也未見報道。此外，2006年，日本學者Yukinobu?Fukaya等報道了氧化鋁柱可以用來純化[Amim][Cl]等離子液體，但是針對同時含有高極性的、親水性的離子液體和極性較大的單糖的復雜體系，也未見有用氧化鋁柱等吸附分離離子液體和糖的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種原位酶解纖維素體系及回收方法，以克服離子液體“兩步法”處理纖維素技術的不足。