[發明專利]一種木質纖維水解糖液的脫毒方法

有效

• 申請號: 201210230821.5
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102719490A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 余世袁;勇強;賴晨歡;李鑫;徐勇;朱均均
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12R1/84
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬木質纖維原料利用技術領域，具體涉及一種木質纖維水解糖液的脫毒方法。

背景技術

隨著石油資源的枯竭，木質纖維原料生產生物能源與化學品的研究成為近年來的研究熱點。木質纖維素主要包括纖維素、半纖維素及木質素三大組分。木質纖維原料利用的途徑之一是將其中的纖維素及半纖維素降解為糖，進而被發酵成乙醇或其它化學品。木質纖維原料中的纖維素、半纖維素和木質素結合緊密，較難被纖維素酶水解，因此在酶水解前需要進行預處理，增加原料中纖維素對酶的可及性，從而提高酶水解效率。常用的預處理方法有稀酸水解法、蒸汽爆破法等。在涉及到酸或熱的預處理過程中，不可避免地會產生對后續發酵產生抑制作用的物質。為了提高后續發酵效率，木質纖維水解糖液在發酵前需要脫毒處理。

預處理過程中產生的發酵抑制物主要包括：弱酸類物質（甲酸、乙酸和少量乙酰丙酸）、醛類物質（糠醛、5-羥甲基糠醛）和酚類化合物。弱酸類物質對微生物生長及乙醇發酵的抑制主要是通過破壞存在于細胞膜上的H⁺離子梯度，通過控制發酵pH值可以減緩其抑制作用。醛類物質對酵母發酵的抑制作用主要表現在對菌體生長的抑制和對糖代謝的直接作用。酚類化合物是預處理過程中木質素降解產生的一類疏水性較大的化合物（包括香草醛（酸）、4-羥基苯甲醛（酸）、紫丁香醛（酸）等），其對后續發酵表現出很強的抑制作用。因而發酵抑制物的去除，特別是醛類及酚類抑制物的去除對木質纖維水解糖液的發酵有重要的意義。

目前常用的脫毒方法主要有氫氧化鈣過中和法、離子交換吸附、活性炭吸附、有機溶劑萃取法等，這些方法在一定程度上可以提高木質纖維素水解糖液的發酵性能，但卻存在可操作性低、成本昂貴、酚類抑制物去除率低或者處理過程中可發酵糖損失大的問題。漆酶生物處理法雖然專門針對酚類化合物進行作用，但其涉及生物酶反應，處理條件比較嚴格，且針對不同的木質纖維原料處理效果差異較大。

膨潤土是一種天然礦物，主要成份是鋁硅酸鹽蒙脫土，具有強吸水性、可塑性、粘結性和強離子交換性。由于膨潤土表面硅氧結構極強的親水性以及層間陽離子的水解，故未經改性的膨潤土(原土)吸附處理有機物的性能較差。由于膨潤土層間陽離子具有較好的離子交換性，用有機陽離子表面活性劑對膨潤土進行改性,將有機陽離子利用離子交換嵌入膨潤土中，使膨潤土的吸附表面呈疏水性。如此制備的有機膨潤土層間距明顯大于原土，且對疏水性有機化合物的吸附能力也大大提高。針對木質纖維原料預處理后產生的疏水性發酵抑制物，采用有機膨潤土進行吸附處理，可大大降低疏水性抑制物的含量，且操作條件簡單，可用于脫除木質纖維水解糖液中的疏水性抑制物，實現木質纖維原料的高效利用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，是針對木質纖維原料水解糖液中疏水性發酵抑制物對微生物生長的強抑制作用，提供一種木質纖維水解糖液的脫毒方法，能夠有效去除木質纖維水解糖液中疏水性發酵抑制物。

研究發現，木質纖維水解糖液的發酵抑制物化合物的抑制作用通常與疏水性呈正比。因此，如果選擇適當的具有疏水性表面的吸附劑，在適當的吸附條件下，木質纖維水解糖液中的發酵抑制物即可通過疏水作用吸附在吸附劑表面，而相對親水的可發酵單糖仍溶解在液相中。通過簡單的固液分離方法即可實現疏水性發酵抑制物與原木質纖維水解糖液的分離，從而提高木質纖維水解糖液的發酵性能，縮短發酵周期，提高木質纖維原料煉制生物能源和化學品的效率。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種木質纖維水解糖液的脫毒方法，以有機改性膨潤土為吸附劑吸附去除木質纖維水解糖液中的發酵抑制物；其中，所述的有機改性膨潤土是通過陽離子表面活性劑改性處理后具有疏水性的膨潤土。

其中，所述的陽離子表面活性劑為季銨鹽陽離子型表面活性劑，優選十二烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基氯化銨，最優選十六烷基三甲基溴化銨。

其中，膨潤土的改性處理方法為，將膨潤土浸泡于陽離子表面活性劑的水溶液中，70~80℃攪拌反應1~3h，離心分離棄去上清，洗滌改性后的膨潤土，70~80℃下烘干，105℃下活化1~2h，研磨過篩即得。

膨潤土與表面活性劑的用量配比根據膨潤土陽離子交換容量（CEC）來確定。膨潤土陽離子交換容量（%）的測定方法見實施例1，表面活性劑用量按照如下公式計算：