[發(fā)明專利]一種木質(zhì)纖維原料降解制備可發(fā)酵糖的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310199122.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN103361392A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁其朋;李夢(mèng)華;范曉光;張靖坤;王世曾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P19/14
• 分類號(hào): C12P19/14
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，特別涉及利用酸性氣體SO₂催化木質(zhì)纖維原料水解得到富含木糖的溶液，再利用纖維素酶酶解剩余固渣得到葡萄糖溶液的方法。?

背景技術(shù)

木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的可再生資源之一，據(jù)測(cè)算年總產(chǎn)量高達(dá)1500億噸，蘊(yùn)藏著巨大的生物質(zhì)能。木質(zhì)纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，其中纖維素是植物細(xì)胞壁的主要組成成分，半纖維素作為分子黏合劑結(jié)合在纖維素和木質(zhì)素之間，木質(zhì)素則作為支撐骨架包圍并加固著纖維素和半纖維素。

木質(zhì)纖維素原料包括農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物以及城市固體廢棄物等。木質(zhì)纖維素經(jīng)過(guò)降解可以得到可發(fā)酵糖用于后續(xù)的生物煉制過(guò)程。例如，半纖維素可以降解為木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖等，其中木糖為半纖維素降解糖的主要成分；纖維素降解可以得到葡萄糖。上述糖經(jīng)處理后可以通過(guò)生物轉(zhuǎn)化得到生物燃料和生物基化學(xué)品等，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境價(jià)值。?

木質(zhì)纖維素中半纖維素是最容易降解的組分，而纖維素則由于植物細(xì)胞壁的表面結(jié)構(gòu)和自身的晶體結(jié)構(gòu)而難于被降解。目前，對(duì)于纖維素的降解主要依靠纖維素酶的作用，而果膠、半纖維素和木質(zhì)素的交聯(lián)結(jié)構(gòu)及植物細(xì)胞壁的纖維素微纖絲限制了水解酶與纖維素的可及度，因此往往需要通過(guò)預(yù)處理打破原有的平衡結(jié)構(gòu)，促進(jìn)酶解反應(yīng)的進(jìn)行。常用的木質(zhì)纖維原料預(yù)處理方法分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等，許多成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為專利。例如，ZL200810057041.9和ZL201010197815.5使用酸處理木質(zhì)纖維素原料得到糖液，但該方法酸用量較大，且無(wú)法回收，廢水排放污染嚴(yán)重；ZL200810023479.5和ZL200910264392.1使用蒸汽爆破對(duì)木質(zhì)纖維原料進(jìn)行預(yù)處理，再通過(guò)木聚糖酶、纖維素酶、葡萄糖苷酶酶解制糖，該方法雖然不使用酸、堿等化學(xué)試劑，整個(gè)工藝較為環(huán)保，但酶解收率較低，且半纖維素降解產(chǎn)物多為低聚木糖，無(wú)法被微生物利用；ZL200710011882.1和專利201010226103.1使用離子液體將半纖維素和纖維素組分溶解，再加入酶或無(wú)機(jī)酸催化降解得到單糖，該方法反應(yīng)條件較溫和，但離子液體成本較高，加入量較大且難于回收，?不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。?

鑒于上述發(fā)明存在的不足，同時(shí)考慮工業(yè)放大的要求，本發(fā)明使用SO?₂酸性氣體代替硫酸作為催化劑，水解半纖維素得到富含木糖的溶液；再利用纖維素酶處理水解后剩余殘?jiān)玫狡咸烟侨芤?。利用上述方法能夠分別得到五碳糖和六碳糖兩種可發(fā)酵糖，可以根據(jù)需要有針對(duì)性的選擇微生物進(jìn)行生物煉制；同時(shí)，SO₂可以反復(fù)收集循環(huán)使用，從而有效減少了催化劑的污染和廢水排放。本發(fā)明適用于木質(zhì)纖維原料，尤其是農(nóng)業(yè)廢棄物資源，對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，易于大規(guī)模生產(chǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要包括以下技術(shù)方案：?

一種木質(zhì)纖維原料降解制備可發(fā)酵糖的方法，其特征在于：?

對(duì)木質(zhì)纖維原料進(jìn)行粉碎后過(guò)20目篩，收集20目以上的物料。所述的木質(zhì)纖維素原料可以是玉米芯、玉米秸稈、甘蔗渣、棉籽殼中的一種。?

向密閉反應(yīng)釜注入去離子水，打開進(jìn)氣閥，通入SO₂氣體，通氣量為去離子水質(zhì)量的1%-5%。關(guān)閉進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜轉(zhuǎn)速為50-150rpm，攪拌20-40min使氣液兩相達(dá)到平衡。?

從密閉反應(yīng)釜的進(jìn)料口加入相當(dāng)于SO₂水溶液質(zhì)量1/20-1/7的物料，調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速為50-200rpm，加熱升溫，進(jìn)行水解反應(yīng)?？刂品磻?yīng)溫度為140-170℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5-2.5h。反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，開啟放氣閥，使SO₂氣體排入到裝有去離子水的收集罐中，注意控制流速，防止SO₂氣體倒吸。待釜內(nèi)溫度降至110-130℃時(shí)，全開放氣閥，維溫30-60min，使釜內(nèi)SO₂氣體盡可能的排除干凈。收集的SO₂-水溶液可以回復(fù)使用多次。?

脫除SO₂氣體后，用冷水冷卻釜體至室溫。開啟密閉反應(yīng)釜的出料口，收集料液。減壓過(guò)濾進(jìn)行固液分離，液體部分為木質(zhì)纖維原料半纖維素降解后得到的富含木糖的溶液，固體部分主要為剩余的纖維素、木質(zhì)素和其他成分。?