[發明專利]一種木質纖維素生物質的綜合利用方法

有效

• 申請號: 201110309343.2
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN103045696A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 唐一林;江成真;高紹豐;張恩選;馬軍強;栗昭爭;趙興國;郭雨霖
• 申請（專利權）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C08H7/00;C13K13/00;C12R1/80
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及一種綜合利用木質纖維素生物質的方法，具體地說是一種綜合利用木質纖維素生物質中纖維素、半纖維素和木質素的方法。

背景技術

隨著化石燃料資源的日趨枯竭和環境污染的日益嚴重，利用再生能源為石化產品的替代品變得愈加重要。而燃料乙醇是生物質液體能源的物質的主要形式，也是化石燃料最可能的替代品。目前，世界乙醇生產主要以淀粉類(玉米、木薯等)和糖類(甘蔗、甜菜等)作為發酵的原料。采用微生物法發酵生產乙醇技術成熟，但是高昂的原料成本使糧食發酵生產乙醇的工業應用受到限制，同時存在與人爭糧與糧爭地等弊端，并且導致糧食價格持續走高，因此尋找新的原料勢在必行。現在科學家把目光投向成本更為低廉、來源更廣泛的木質纖維素生物質。

木質纖維素生物質以植物體的形式存在，主要成分為纖維素、半纖維素和木質素，其中，纖維素占40％左右，半纖維素占25％左右，木質素占20％左右，地球上每年由光合作用生成的木質纖維素生物質總量超過2000億噸，因此木質纖維素生物質是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。

如果能以木質纖維素生物質為原料生產乙醇，將極大地解決人類的能源問題。但是以木質纖維素生物質為原料生產乙醇的過程中遇到的最大問題是纖維素酶解的轉化率低，酶解的成本過高(占總生產成本的40-50％)，生產成本過高，無法真正實現工業化。纖維素酶解的轉化率低的原因是：一方面半纖維素作為分子黏合劑結合在纖維素和木質素之間，而木質素具有的網狀結構，作為支撐骨架包圍并加固著纖維素和半纖維素，木質素和半纖維素在空間上可阻礙纖維素分子與酶的接觸，酶可及度差，增加了酶解的難度。因此有必要對木質纖維素生物質進行有效的預處理，破壞木質素和半纖維素的空間障礙，同時還要避免預處理產生不利于酶解的酶抑制物(如糠醛，乙酸等)，從而有利于纖維素的酶解；另一方面，纖維素酶對結晶纖維素酶促反應活力比較低，因此，為了提高纖維素酶解的轉化率，需要提高纖維素酶的活力。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題是克服現有技術在綜合利用半纖維素、木質素和纖維素時，纖維素酶解的轉化率低的問題，從而提出一種纖維素酶解的轉化率高的木質纖維素生物質綜合利用的方法。

為達到上述目的，本發明提供一種木質纖維素生物質的綜合利用方法，該方法包括以下步驟：

(a)對木質纖維素生物質進行酸水解，分離后得到戊糖溶液和酸水解殘渣；

(b)用堿溶液處理所述酸水解殘渣，從而提取堿木質素；

(c)使用纖維素酶對步驟(b)中所述堿溶液處理得到的堿解殘渣進行酶解，得到主要成分為葡萄糖的溶液，然后發酵生產乙醇；所述纖維素酶為由一株青霉菌培養得到的纖維素酶，該青霉菌分類命名為Penicillium?decumbensPD-G3-08，已保藏于武漢大學中國典型培養物保藏中心(簡稱CCTCC)，保藏單位地址：武漢大學保藏中心。登記入冊的編號是CCTCC?M?2011195，保藏日期是2011年6月13號。以此菌株為酶解纖維素的菌株。

所述酸溶液的種類沒有特別的限定，可以是木質纖維素生物質進行酸水解的常規使用的酸，例如酸可以為硫酸、鹽酸、硝酸和磷酸中的一種或幾種。

所述酸水解的溫度為100-150℃，時間為0.5-3小時，進行所述酸水解時，酸溶液的濃度為0.5-30重量％(如選用的酸為強酸，則酸溶液的濃度較低，約為0.5-5重量％，如選用的酸為弱酸，則酸溶液的濃度較高，約為5-30重量％)。所述酸溶液為磷酸溶液，所述磷酸溶液的濃度為1-20重量％。

所述木質纖維素生物質可以為玉米秸稈、麥秸、稻秸、甘蔗渣、棉柴、棉子殼、玉米芯、稻草、高粱桿、闊葉木材和木片的一種或幾種。

根據原料情況進行預處理，對木質纖維素生物質原料進行切割或粉碎，接著對該秸稈段進行洗滌除塵。

所述堿溶液處理在40-100℃下進行。

所述堿溶液處理中液固體積比為5∶1-20∶1。

所述堿溶液處理中堿溶液的濃度為5-8重量％。

所述堿溶液處理的時間為1-6小時。

各種堿都可以用于本發明，包括但不限于氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水等。但是，根據某些優選實施方案，堿溶液為氫氧化鈉的水溶液。

所述纖維素酶解的條件為：底物用量為80-150g/L，纖維素酶的添加量為10-15FPU/g纖維素，溫度為45-55℃、pH為4-6、攪拌轉速為50-200rpm，酶解轉化時間為2-7天。

本發明的上述技術方案與現有技術相比具有以下優點：