[發(fā)明專利][膽堿][氨基酸]離子液體預(yù)處理提高水稻秸稈酶解效率的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210004741.8
• 申請(qǐng)日: 2012-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN102533907A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寧;侯雪丹;宗敏華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P19/14
• 分類號(hào): C12P19/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維素利用及化學(xué)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種[膽堿][氨基酸]離子液體預(yù)處理提高水稻秸稈酶解效率的方法。

背景技術(shù)

隨著石油資源的日益匱乏，近年來，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)移到生物質(zhì)等可再生資源的開發(fā)和利用。與化石資源相比，生物質(zhì)資源有諸多優(yōu)勢(shì)。其不但取之不盡、用之不竭，且以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)燃料和化工原料還可有效降低CO₂的排放和環(huán)境污染。木質(zhì)纖維素作為地球上分布最廣和含量最豐富的可再生生物質(zhì)資源而備受人們的關(guān)注。木質(zhì)纖維素主要由木質(zhì)素、纖維素及半纖維素組成。纖維素及半纖維素經(jīng)酶解所得的還原糖如葡萄糖、木糖等可用于發(fā)酵生產(chǎn)生物燃料（如燃料乙醇及用于制備生物柴油的油脂等）和各種平臺(tái)化合物。然而，由于木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，纖維素不僅被半纖維素和木質(zhì)素包裹，且其分子內(nèi)及分子間存在大量氫鍵，致使其高度結(jié)晶化，故難以直接利用化學(xué)法或生物法將其高效轉(zhuǎn)化為可用的能源或平臺(tái)化合物，這嚴(yán)重阻礙了木質(zhì)纖維素的開發(fā)利用。因此，通常需要對(duì)木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理，以破壞其三維結(jié)構(gòu)、降低纖維素結(jié)晶度，從而增加反應(yīng)位點(diǎn)，提高木質(zhì)纖維素的利用率。

木質(zhì)纖維素的預(yù)處理方法通常可分為物理法、物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物法。但現(xiàn)有的預(yù)處理方法均存在固有的缺點(diǎn)（Curr?Opin?Biotechnol,?2009,?20:?339-347）。例如，機(jī)械粉碎法能耗大；堿處理法對(duì)促進(jìn)軟木類木質(zhì)纖維素水解的能力有限；酸水解法易產(chǎn)生微生物抑制劑如糠醛、5-羥甲基糠醛，不利于后續(xù)發(fā)酵；而直接利用生物法，其酶解反應(yīng)慢、酶解率低，如大部分天然木質(zhì)纖維素的酶解率低于20%。

離子液體是一類由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子組成的低熔點(diǎn)有機(jī)鹽。由于具有蒸汽壓低、不易燃、較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，從而成為一類替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的新型介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于化學(xué)催化與合成、生物催化、分析化學(xué)等領(lǐng)域(Chem?Rev,?2011,?111:?3508-3576)。由于其超強(qiáng)的溶解能力及可設(shè)計(jì)性，近年來被用于木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理（Biotechnol?Bioeng,?2011,?108:?1229-1245）。該預(yù)處理工藝主要是利用離子液體的超強(qiáng)溶解能力，先將木質(zhì)纖維素中的纖維素溶出，然后加入其他溶劑（反溶劑）使纖維素沉淀析出（再生），以破壞其晶體結(jié)構(gòu)。例如，Li等先將玉米棒子于130?°C溶于1-甲基-3-甲基咪唑二甲基亞磷酸鹽，隨后加入去離子水使溶解的纖維素析出，經(jīng)上述處理后的纖維素酶解率可提高2倍以上（Appl?Microbiol?Biotechnol,?2010,?87:?117-126）。該預(yù)處理工藝決定了只有木質(zhì)纖維素中的纖維素能被利用，而可水解產(chǎn)生木糖的半纖維則未得到利用，從而導(dǎo)致資源浪費(fèi)。同時(shí)，體系中的水的存在會(huì)嚴(yán)重妨礙纖維素的溶解，故該溶解工藝對(duì)水含量要求甚為苛刻（通常需低于1%），這就必須對(duì)原料及離子液體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間高溫脫水處理，導(dǎo)致能耗過大，嚴(yán)重降低了該預(yù)處理工藝的經(jīng)濟(jì)可行性。此外，目前已報(bào)道的用于木質(zhì)纖維素預(yù)處理的離子液體均為傳統(tǒng)的咪唑類和嘧啶類離子液體（CN102154412），這類離子液體的毒性較強(qiáng)、生物可降解性差，為環(huán)境不友好介質(zhì)（Chem?Soc?Rev,?2011,?40:?1383-1403）；此外，這類離子液體源于化石資源，具有不可再生性。因此，顯然迫切需要開發(fā)新型的、可生物降解的離子液體，用于木質(zhì)纖維素預(yù)處理，以增強(qiáng)其酶解效率，提高可發(fā)酵的還原糖收率。

膽堿及氨基酸均為可再生資源，以其為原料，通過膽堿氫氧化物與氨基酸在常溫下經(jīng)酸堿中和反應(yīng)制得一類以膽堿為陽(yáng)離子、以氨基酸為陰離子的新型離子液體（[膽堿][氨基酸]離子液體），具有低毒、綠色環(huán)保、可再生、可生物降解等特點(diǎn)，符合綠色化學(xué)發(fā)展策略。以該類離子液體為木質(zhì)纖維素預(yù)處理溶劑，克服了傳統(tǒng)離子液體預(yù)處理工藝環(huán)境不友好等缺陷。同時(shí)，木質(zhì)素在該類離子液體中的溶解度遠(yuǎn)超過木聚糖（為半纖維素的主要成分），而纖維素在其中幾乎不溶，故該類離子液體能選擇性從木質(zhì)纖維素原料中萃取木質(zhì)素，從而實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素與還原糖組分（纖維素及半纖維素）的分離，提供了一條全面綜合利用木質(zhì)纖維素原料中各組分的路徑，克服了傳統(tǒng)離子液體預(yù)處理工藝導(dǎo)致資源浪費(fèi)（半纖維素組分的浪費(fèi)）的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用[膽堿][氨基酸]離子液體預(yù)處理增強(qiáng)水稻秸稈酶解，提高可發(fā)酵的還原糖（葡萄糖及木糖）收率的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

（1）水稻秸稈經(jīng)干燥后，粉碎，其平均粒徑控制在150?~?350?μm；