[發明專利]一種預處理木質纖維生物質提高其產糖率的方法

有效

• 申請號: 201410458818.8
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN105385722B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 謝海波;趙宗保;于雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明提供一種使用離子液體與γ?戊內酯組成的混合溶劑溶解預處理木質纖維素生物質，提高其產糖率的方法。包括以下步驟：1)將離子液體、γ?戊內酯、木質纖維素生物質混合形成預溶解預處理體系；2)將預溶解混合物體系加熱溶解，形成溶液；3)往溶液體系加入反溶劑，使溶解的木質纖維生物質沉淀、再生；4)取再生木質纖維素生物質，加入緩沖溶液與纖維素酶及木聚糖酶進行酶解，獲得糖溶液。本發明利用生物基γ?戊內酯部分代替離子液體，組成混合體系，具有工藝簡單，溶劑成本低，操作方便，溶劑可循環使用，經處理的木質纖維素里的纖維素、半纖維素具有酶水解速度快、產糖率高等優點。

技術領域

本發明屬于綠色化學與生物質新能源生產技術領域，具體涉及一種利用離子液體與γ-戊內酯組成的混合溶劑溶解預處理木質纖維生物質提高其產糖率的方法。

背景技術

隨著煤、石油等傳統能源的消耗以及全世界面臨的能源危機，綠色可再生原料的綜合利用是實現社會可持續發展的必要手段。木質纖維生物質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。木質纖維生物質是利用CO₂為原料，自然界通過光合作用合成的，其主要成分為纖維素(35％-50％)、半纖維素(20％-40％)和木質素(15％-25％)。如農業秸稈、木材、灌木等都為木質纖維生物質資源。

其中，纖維素是一種復雜的多糖，有8000至10000個葡萄糖殘基通過β-1,4-糖苷鍵連接而成。半纖維素是由幾種不同類型的單糖構成的異質多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿拉伯糖和半乳糖等。普遍認為，半纖維素和木質素通過共價鍵鏈接緊緊的包圍在高結晶度的纖維素周圍，而使天然木質纖維素生物質在后續的直接化學轉化或生物轉化過程中表現出較低的效率。通過對纖維素和半纖維素進行化學催化水解與酶解可以制備重要的化工原料單糖，特別是葡萄糖。以葡萄糖為原料，通過化學催化方法與生物轉化方法可以制備一系列的能源化工產品，如生物乙醇、微生物油脂、丁醇、5-羥甲基糠醛等。而傳統上，葡萄糖主要來自淀粉。隨著以葡萄糖為原料制備能源、化工產品技術發展，對葡萄糖的供給提出了新的要求。而傳統的以淀粉為原料制備葡萄糖，因為淀粉為食品資源，其來源受到資源與政策的限制，因此，如何通過利用木質纖維素原料，高效制備糖受到了普遍的關注。

而天然木質纖維素中的纖維素為高度結晶聚合物，由于其分子間與分子內部強的氫鍵作用，使其不溶于傳統的有機溶劑，對化學、生物催化劑的響應較低。為了獲得高的纖維素水解效率，必須要對天然木質纖維素進行預處理，以改變其晶體結構與物理形態，同時選擇性的去除木質素，提高相應化學催化劑、酶的可及度及催化效率。稀酸預處理能夠有效的破壞半纖維素的結構，但是會產生糠醛、羥甲基糠醛、乙酸等副產物，影響后續轉化利用(Bioresource Technology.2011,102,9705-9709；北京化工大學學報(自然科學版).2011,38,87-91)。此外，還有氣爆預處理(林產化學與工業.2009,29,33-38)、堿預處理(Biomassand Bioenergy.2013,51,35-42)、生物預處理(Bioresource Technology.2009,100,5170-5175)、氨爆預處理(Biotechnology for Biofuel.2009,2,1-11)等預處理方法。雖然這些方法能夠有效的破壞木質纖維素結構，但是因為過程復雜、成本高、副產物多等原因，將會增加后續利用過程的復雜性和資本的投入，不利于放大和規模化生產。