[發明專利]一種提高木質纖維素糖轉化率的預處理方法

在審

• 申請號: 201410750630.0
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104404108A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 劉同軍;徐麗麗;王燕;馬美范;王艷杰
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 朱家富

技術領域

本發明涉及一種提高木質纖維素糖轉化率的預處理方法，屬于生物質資源轉化利用技術領域。

背景技術

木質纖維素是地球上最豐富廉價的可再生資源，蘊儲著巨大的生物質能。主要來源于農業廢棄物，森林廢棄物和城市廢棄物。隨著化石燃料的枯竭和環境的日益惡化，將木質纖維素糖轉化成葡萄糖和木糖等，并進一步用于生物基化學品如燃料乙醇等能源產物的生產，受到日益關注。我國是農業大國，農作物秸稈資源相當豐富，年產近8億噸，然而長期以來，大部分秸稈被丟棄或焚燒，既浪費了資源又污染了環境，秸稈資源的合理綜合利用對于保護環境、緩解能源危機和促進農業可持續發展具有重要意義。

利用木質纖維素生產重要的生物基化學品如燃料乙醇等主要包括預處理、酶解轉化和發酵等步驟。其中預處理技術是木質纖維素轉化的關鍵步驟，通過破壞纖維素-木質素-半纖維素之間的連接，降低纖維素的結晶度，去除木質素，以使纖維素酶及半纖維素酶有效接觸纖維素和半纖維素，從而提高酶解效率。

但是酸法預處理木質纖維素容易產生抑制微生物生長的糠醛和羥甲基糠醛等物質；汽爆法成本高，產物復雜，有焦油形成。

中國專利文獻CN102758028A(申請號201110104494.4)公開了一種預處理木質纖維素原料，再轉化為還原糖的方法。它采用液固比5-50，將木質纖維素在質量分數0-5％氫氧化鈉和質量分數0-5％的雙氧水的混合溶液中處理1-10小時，處理后所得固體殘留物用水洗滌烘干。然后在酸解時間10-120min，酸解溫度30-150℃，硫酸質量濃度0-10％，液固比5-50處理得固體殘留物，調節pH值至7，然后烘干。該處理工藝可使木質素有效去除，而且半纖維素在稀酸條件下水解得五碳糖，經進一步反應可得高附加值產品。

中國專利文獻CN103205473A(申請號201310131157.3)公開了一種甘蔗渣的預處理方法，該方法將甘蔗渣干燥，粉碎，篩分后，用氫氧化鈉和雙氧水對甘蔗渣進行預處理，即得到預處理后甘蔗渣，經該方法預處理后的甘蔗渣材料半纖維素和木質素的最大脫除率分別達到78.18％和94.56％，纖維素最高酶水解率為64.37％，相比未處理蔗渣原材料的酶解效率提高了60.67％。

但上述方法用于木質纖維素酶法水解的預處理過程中，酶解轉化率相對較低，無法滿足相關要求。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種提高木質纖維素糖轉化率的預處理方法。該方法可促進生物質的預處理效率，提高木質纖維素的酶解性，有利于木質纖維素到乙醇等高附加值產品的轉化。

本發明的技術方案如下：

一種提高木質纖維素糖轉化率的預處理方法，步驟如下：

(1)清除原料中的雜物，然后將木質素纖維素經風干、粉碎、篩分，制得木質纖維素原料；

(2)將木質纖維素原料加入到NaOH溶液中，攪拌均勻，然后依次加入H₂O₂和激活劑氰胺，攪拌均勻，制得混合反應液，混合反應液在25～35℃條件下，攪拌反應20～30小時，制得預處理后的木質纖維素；

所述混合反應液中，NaOH加量為0.1～0.15g·g^-1木質纖維素原料，H₂O₂加量為0.025～0.125g·g^-1木質纖維素原料，氰胺的加量為0.01～0.03g·g^-1木質纖維素原料。

根據本發明優選的，所述步驟(1)中，原料選自玉米秸稈、麥稈、棉稈、稻草、油菜稈、甜高粱莖稈、甘蔗渣、木屑、廢紙和/或柳枝稷。

根據本發明優選的，所述步驟(1)中的篩分為過5mm孔徑的篩子。

根據本發明優選的，所述步驟(2)攪拌反應的攪拌速度為100～200rpm。

根據本發明優選的，所述步驟(2)中，氰胺的加量為0.015～0.02g·g^-1木質纖維素原料。

一種利用木質纖維素生產木糖和葡萄糖的方法，包括如下：

(i)向上述制得的預處理后的木質纖維素中加入硫酸調pH至4.5～5.5，再加入抗生素，混合均勻，制得反應液；

(ii)向步驟(i)制得的反應液中加入復合酶，復合酶的加入量為5.25～10.5mg蛋白·g^-1木質纖維素，在45～50℃條件下，攪拌反應20～30小時，經離心，取上清，制得木糖和葡萄糖溶液；

所述復合酶組分如下，均為蛋白質量百分含量：