[發明專利]蘋果酸輔助N-甲基嗎啉-N-氧化物預處理玉米秸稈的方法

有效

• 申請號: 201310301343.7
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103409481A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 何玉財;張躍;李創;嚴生虎;卿青
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明公開了一種利用蘋果酸輔助N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)預處理玉米秸稈的方法，屬于化學工程領域。?

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背景技術

我國是農業大國，以農作物秸稈為代表的木質纖維素類生物質資源豐富，基于正常年份約5億噸糧食產量，我國農作物秸稈總產量超過7億噸，玉米秸稈有效地利用纖維素資源對人類面臨的能源危機有現實意義。纖維素結構復雜、具有較高的結晶度、纖維素內部存在大量的結晶結構以及分子間與分子內氫鍵，導致溶劑和反應試劑對纖維素的可及度很低，這已成為制約纖維素資源化利用的瓶頸。為了高效酶解纖維素原料，必須采用合適的預處理方法。許多物理、化學和生物等多種方法用于預處理，或是上述方法的組合預處理，其中化學法和物理法是各國研究者的研究重點。化學法預處理主要用堿、無機酸、有機溶劑和氧化劑等作為預處理試劑。在有機溶劑預處理過程中，使用有機溶劑或者有機溶劑與無機酸催化劑的混合溶液可破壞纖維原料內部的木質素和半纖維素之間的連接鍵。?

近年來，N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)被認為是相對比較有前途的有機溶劑用于纖維素的溶解（中國專利，申請號201210109397.9）。NMMO的N-O鍵的極性很強，氧原子上的電子云密度很高，N-O之間形成了配價鍵可破壞纖維素的氫鍵網絡并且與溶質形成新的氫鍵，進而可進行預處理纖維素，并且NMMO與纖維素不生成纖維素衍生物，因此NMMO作為預處理溶劑具有良好的應用前景。?

蘋果酸是一種有機羧酸，也可用來進行纖維素原料的預處理。另外，蘋果酸是生物糖代謝三羧酸循環中的一關鍵的代謝中間體，少量的殘留蘋果酸后期的纖維素原料的酶解糖化及糖化液的發酵可能無抑制作用。我們課題組建立了蘋果酸輔助NMMO預處理技術，預處理溫度在95-130?°C，明顯提高了玉米秸稈的預處理效果。?

發明內容

本發明需要解決的技術問題是公開一種蘋果酸輔助N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)預處理玉米秸稈的方法，實現玉米秸稈的高效預處理及酶解。?

本發明的一種蘋果酸輔助NMMO預處理玉米秸稈的方法，按照如下步驟進行：?

在蘋果酸-NMMO-水預處理體系中，85%?(w/w)的NMMO、0.3%-10%?(w/w)的蘋果酸與5%-14.7%?(w/w)的去離子水進行混合在95-130?°C下對玉米秸稈進行溶解預處理0.5-2?h后，加入去離子水洗滌再生纖維素原料；再生的纖維素材料去離子水洗滌三次后，加入pH=4.8檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(50?mM)形成混合體系，玉米秸稈纖維素原料最終質量濃度為2%，然后用終質量濃度為0.2%的纖維素酶進行酶解，在50?°C和160?rpm的恒溫搖床上振蕩反應，即可達到酶解玉米秸稈的目的。

其中NMMO與玉米秸稈的質量比為20：1。?

本發明的有益效果：

本發明的一種蘋果酸輔助N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）預處理玉米秸稈的方法。NMMO預處理體系中添加一定濃度的小分子有機羧酸，玉米秸稈達到較好的預處理效果。預處理玉米秸稈具有過程經濟、三廢少等優點。

附圖說明

圖1?纖維素酶糖化預處理玉米秸稈進程曲線；?

圖2?預處理前后玉米秸稈SEM圖，A為未處理，B為蘋果酸輔助NMMO預處理。

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具體實施方式

還原糖的含量用3,5-二硝基水楊酸（DNS）進行分析。還原糖產率=還原糖濃度×100%/玉米秸稈濃度。?

葡萄糖的含量利用液相色譜（HPLC）分析。葡萄糖產率=葡萄糖濃度×100%/玉米秸稈濃度。?

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實施例1?質量終濃度0.3%的蘋果酸輔助NMMO預處理玉米秸稈

在85%?(w/w)的NMMO與0.3%?(w/w)蘋果酸和14.7%?(w/w)去離子水混合預處理體系中，在130?°C下對2.5?g玉米秸稈(NMMO與玉米秸稈的質量比為20：1)進行溶解預處理0.5?h后，加入去離子水洗滌再生。再生的纖維素材料去離子水洗滌三次后，加入檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH=4.8,?50?mM)形成混合體系，玉米秸稈纖維素原料最終質量濃度為2%，然后用終質量濃度為0.2%的纖維素酶進行酶解，在50?°C和160?rpm的恒溫搖床上振蕩反應48?h，還原糖產率為為62.4%。