[發明專利]一種綠液預處理的糠醛渣的酶水解糖化方法

無效

• 申請號: 201310100913.6
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103194505A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 蔣建新;于海龍;趙鵬翔;邢楊;劉志平;卜令習;朱莉偉
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王朋飛;張慶敏

技術領域

本發明涉及糠醛渣水解糖化領域，具體涉及一種采用綠液預處理后的糠醛渣的酶水解糖化方法。

背景技術

近年來，作為世界經濟支柱的石油，由于其不可再生性、開采技術的局限性、分布的不均勻性等因素造成了全世界面臨“石油危機”的擔憂，一系列以天然氣和石油為原料制備的產品也面臨著原料供給緊張、價格高漲的困境。同時大量石化資源的利用，給環境造成了無可估量的影響，直接威脅著人類健康和生命的安全。為解決上述一系列的問題，人們逐漸把眼光轉移到地球上的可再生資源-木質纖維原料上。以木質纖維類物質為原料通過酶水解可以將纖維素轉化成葡萄糖，經發酵可轉化為乙醇、丁醇、乳酸、丙酮、甘油等液體燃料和化工原料，可以替代部分石油資源，不僅可以使人類擺脫對石油資源的過分依賴，而且能夠大幅減少污染和溫室氣體的排放。糠醛渣是糠醛工業生產過程中產生的廢棄物，每噸糠醛產品排出10噸以上殘渣，我國每年排放糠醛廢渣約3000萬噸。這些廢渣除了少部分被直接回用于鍋爐燃燒外，目前大多采用堆積或挖坑傾倒的方法，既浪費了資源、污染了環境，又占用了大量土地，逐漸成為該行業發展的瓶頸。糠醛渣中含有大量的纖維素和木質素，其中纖維素含量超過45%，這部分纖維素可直接或經預處理后進行纖維素酶水解，通過發酵的方式生產燃料乙醇或其他化學品。

以木質纖維原料生產乙醇替代石油用作燃料的工藝研究已經比較成熟，然而由于經濟效益問題，未能大規模工業生產。原因主要有兩個方面：一是木質纖維原料天然的頑抗性需要較多的酶用量和較高強度的預處理過程，增加了生產成本；二是木質纖維原料中的木質素對纖維素酶的無效吸附，大大降低了酶有效組分濃度。各國的研究者開發了不同的方法試圖解決上述瓶頸，對原料進行預處理提高纖維素酶的可及性，是目前研究的熱點和重點。木質纖維原料的預處理方法主要有：物理法、酸處理、堿處理、氧化、生物預處理；此外，添加表面活性劑可提高酶的轉化效率，降低酶的需要量。糠醛的生產是在熱的稀酸條件下進行的，木素在高溫、酸性條件下會發生縮合，因此糠醛渣中的木素主要是酸木素。研究報道經酸木素吸附后，纖維素酶的活性可降低90%以上，因此盡可能去除原料中的木素是有效提高纖維素酶水解效率的方法。堿法（NaOH法）預處理技術是常用來作為生物質原料預處理的方法，在制漿造紙工業上已得到廣泛應用。但是采用堿法對糠醛渣進行預處理，并不能有效去除糠醛渣中的酸木素，并且在高溫堿性條件下纖維素會發生較大降解。加入過氧化氫后，過氧化氫水解產生的HOO^-能有效的降解糠醛渣中的木素，使木素溶出，從而可提高纖維素酶的水解效率，另外堿性過氧化氫預處理的溫度低于100℃，可減少纖維素的降解，因此是一種潛在的工業生產方法。

預處理結束后，富含纖維素的固體組分經水洗，可直接用來進行酶水解生產葡萄糖。洗滌后的液體中含有大量的有機物（主要是低分子量的木素降解物），以及預處理過程剩余的化學藥品和低分子降解物與反應物生成的物質。由于洗滌液呈黑色，在制漿造紙工業上將這部分液體稱為“黑液”，直接排放放到水體中會造成嚴重的環境污染。目前對黑液的利用主要是將其燃燒回收熱量，具體流程為：稀黑液進行蒸發濃縮至90%以上的水分被去除，再將濃縮后的黑液噴入堿回收鍋爐膛中燃燒，燃燒產生的熱量可用于生產或發電。燃燒剩余的熔融物的主要組成是無機鹽，加水溶解后液體呈綠色（含有少量Fe²⁺），稱為“綠液”。采用氫氧化鈉法制漿產生的綠液主要成分為NaOH和Na₂CO₃，若用堿性過氧化氫預處理法進行工業生產，產生的綠液中也主要含有上述兩種成分。

發明內容

為克服糠醛渣酶水解糖化時效率較低的缺陷，本發明的目的是提供一種糠醛渣的酶水解糖化方法。

本發明提供的糠醛渣的酶水解糖化方法為：先將糠醛渣進行預處理，然后將預處理后的糠醛渣進行酶水解糖化，其中，所述預處理過程包括：首先采用絡合劑對綠液進行螯合處理，然后將螯合處理后的綠液和氧化劑一起加入到糠醛渣中對其進行預處理。

其中，所述螯合處理步驟中，絡合劑的使用量按重量為綠液重量的0.1～5%，優選0.5～2%。

其中，所述螯合處理的時間為0.1～3小時。

其中，所述預處理步驟中，螯合處理后的綠液∶氧化劑∶糠醛渣固形物為1～10∶0.1～1.0∶1（ml∶g∶g）。

其中，所述預處理的時間為2～8小時，溫度為60～120℃。

其中，所述糠醛渣在進行預處理之前水洗至pH值為6～7。