[發明專利]一種利用可再生離子液體水溶液預處理木質纖維素的方法

有效

• 申請號: 201210540656.3
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103045700A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 李寧;宗敏華;侯雪丹
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明屬于木質纖維素利用及化學工業應用領域，具體涉及一種利用[膽堿][氨基酸]離子液體水溶液預處理增強木質纖維素酶解的方法。

背景技術

隨著近年來石油資源的日益匱乏、燃油價格的不斷上漲及能源危機的爆發，生物質等可再生資源的開發和利用逐漸受到重視。與化石資源相比，生物質資源有諸多優勢：其年產量巨大，且以生物質為原料生產燃料和化工原料還可有效降低CO₂的排放和環境污染。木質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資源而備受人們的關注。木質纖維素主要由木質素、纖維素及半纖維素組成。纖維素及半纖維素經酶解所得的還原糖如葡萄糖、木糖等可用于發酵生產生物燃料（如燃料乙醇及用于制備生物柴油的油脂等）和各種平臺化合物。然而，由于木質纖維素結構復雜，纖維素不僅被半纖維素和木質素包裹，且其分子內及分子間存在大量氫鍵，致使其高度結晶化，故難以直接利用化學法或生物法將其高效轉化為可用的能源或平臺化合物，這嚴重阻礙了木質纖維素的開發利用。因此，通常需要對木質纖維素進行預處理，除去部分木質素、破壞其三維結構，從而增加反應位點、提高多糖水解率。

離子液體由于具有超強的溶解能力及可設計性，近年來已被成功用于木質纖維素原料的預處理（Biotechnol?Bioeng,2011,108,1229）。但目前用于木質纖維素預處理的離子液體主要是傳統的咪唑類和嘧啶類離子液體（CN102154412）。這類離子液體的毒性較強、生物可降解性差，環境不友好（Chem?Soc?Rev,2011,40,1383）；此外，這類離子液體源于化石資源，具有不可再生性。并且這類離子液體預處理工藝通常對水分的耐水性差，微量水分的存在即會極大地降低這類離子液體對纖維素的溶解度及其預處理效率（J?Am?Chem?Soc,2002,124,4974;Green?Chem,2010,12,1967）,故通常需要對離子液體及待預處理的木質纖維素原料進行干燥，導致能耗高。本課題組以可再生的膽堿及氨基酸為原料，通過簡單的酸堿中和反應制得一類以膽堿為陽離子、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、綠色環保、可再生、可生物降解等特點，符合綠色化學發展策略（Green?Chem,2012,14,304）。業已證明，這些離子液體是一類高效的木質纖維素預處理溶劑（Biotechnol?Bioeng,2012,109,2484;專利201210004741.8）。

然而，離子液體的粘度遠高于常規的分子型溶劑，故導致在預處理過程中，攪拌、過濾、離心等操作異常困難。此外，半纖維素是一種酸、堿、熱敏感的聚合物，預處理過程中易損失，降低還原糖收率。同時，利用純離子液體作為預處理溶劑，需要對離子液體及待預處理的木質纖維素原料進行干燥，導致能耗過高，從而顯著降低預處理工藝的經濟可行性，故迫切需要開發高度耐受水分的離子液體預處理工藝。目前，離子液體價格仍較高，大量使用這類溶劑預處理木質纖維素還存在成本相對較高的問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種利用[膽堿][氨基酸]離子液體水溶液預處理增強木質纖維素酶解，提高可發酵的還原糖（葡萄糖及木糖）收率的方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種利用可再生離子液體水溶液預處理木質纖維素的方法，具體步驟如下：

（1）以[膽堿][氨基酸]離子液體的水溶液為預處理溶劑，在氮氣保護下，按照木質纖維素與預處理溶劑質量比為1:5~1:25混合木質纖維素和預處理溶劑，于50~120°C下攪拌0.5~24小時，隨后冷卻至室溫，過濾、洗滌濾渣，干燥后獲得預處理后的木質纖維素；

（2）稱取預處理后的木質纖維素，按照固液比為1~6mg/mL加入檸檬酸鹽緩沖液，再按照5~30U/mg預處理后木質纖維素的比例加入纖維素酶，在150~250r/min，40~60°C下反應3~12h后，獲得以葡萄糖和木糖為主要成分的糖液。

優選地，步驟（1）中所述的[膽堿][氨基酸]離子液體是以膽堿為陽離子、天然氨基酸為陰離子的離子液體，其結構如下：

優選地，所述的天然氨基酸為L-甘氨酸、L-丙氨酸、L-絲氨酸、L-蘇氨酸、L-纈氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸、L-蛋氨酸、L-苯丙氨酸、L-脯氨酸、L-色氨酸、L-天冬氨酸、L-天冬酰胺、L-谷氨酸、L-谷氨酰胺、L-賴氨酸、L-精氨酸和L-組氨酸中的一種。