[發(fā)明專利]一種高效糖化草本能源植物的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410812247.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104531807B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁振宏;譚雪松;莊新姝;趙月;余強(qiáng);亓偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): C12P19/14
• 分類號(hào): C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司44001
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效糖化草本能源植物的方法。

背景技術(shù)：

化石燃料的不可再生及其大量消耗導(dǎo)致能源供給及生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，引起了人們對(duì)環(huán)境友好型可再生能源研究和開(kāi)發(fā)的關(guān)注。在此背景下，基于“糖平臺(tái)”的木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)精煉，用以生產(chǎn)可替代石油產(chǎn)品的燃料和化學(xué)品研究日益受到重視。在被稱為“糖經(jīng)濟(jì)”科技發(fā)展的21世紀(jì)，將木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中的多糖組分(纖維素和半纖維素)降解為可溶性單糖或低聚糖等糖中間體是推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“糖經(jīng)濟(jì)”的重要基礎(chǔ)和保證。

目前生物質(zhì)水解糖化的手段主要有無(wú)機(jī)酸水解和纖維素酶水解兩種，纖維素酶水解以其反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物單一的優(yōu)勢(shì)，已成為生物質(zhì)制糖的重要發(fā)展方向。但因木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)致密和復(fù)雜的空間三維結(jié)構(gòu)，纖維素結(jié)晶及半纖維素和木質(zhì)素的網(wǎng)狀包埋影響，直接利用纖維素酶水解的效率較低。為此，在酶解糖化前，往往需要通過(guò)預(yù)處理打破木質(zhì)纖維素致密結(jié)構(gòu)，以增加后續(xù)酶水解效率。

與傳統(tǒng)的酸堿法、氨纖維爆破等預(yù)處理方法相比，水熱預(yù)處理過(guò)程使用綠色廉價(jià)的反應(yīng)介質(zhì)，具有成本低、效率高、環(huán)保、對(duì)設(shè)備要求較低等優(yōu)勢(shì)，已成為預(yù)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，水熱預(yù)處理能耗較高，推高了生物質(zhì)糖化成本，為此，開(kāi)發(fā)出高效低耗的生物質(zhì)糖化方法，對(duì)提高木質(zhì)纖維素產(chǎn)糖技術(shù)經(jīng)濟(jì)性任具有重要意義。

草本能源植物被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的生物質(zhì)能資源之一，是指經(jīng)專門種植，用以提供能源原料的一類草本植物，包括狼尾草、象草、柳枝稷、芒屬作物等。由于草本能源植物結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，富含纖維素和半纖維素而木質(zhì)素含量低，草本能源植物是一種很好的生物質(zhì)糖化原料。

目前相關(guān)水熱預(yù)處理的酶解糖化專利有：CN101818217提供了一種以低濃度金屬離子催化，水熱糖化生物質(zhì)中半纖維素組分的方法；CN101613728公開(kāi)了一種以堿性水熱預(yù)處理的草漿類纖維高效糖化方法；CN101586136公開(kāi)了一種采用兩步分段變溫水熱預(yù)處理方式，高效回收木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)中糖類產(chǎn)物的方法；CN103993053公開(kāi)了一種木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)組分高效利用的高溫液態(tài)水-氨法兩步預(yù)處理工藝；CN104073533提供了一種水熱水解液循環(huán)使用，水解渣超聲處理的低耗能熱水解生物質(zhì)預(yù)處理方法及其裝置；CN102174594提供了一種生物質(zhì)水熱預(yù)處理后，添加表面活性劑，用分批補(bǔ)料酶解方式，以提高酶解液糖濃度的方法。

上述現(xiàn)有方法中，水熱預(yù)處理大都在低底物濃度下進(jìn)行，單位原料能耗高；預(yù)處理過(guò)程中糖組分流失，降低了原料糖組分利用；預(yù)處理后需脫毒處理，以滿足酶解要求；需多步預(yù)處理才能達(dá)到高效酶解；水解液糖濃度有限，限制了后續(xù)轉(zhuǎn)化利用等不足都制約了木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)糖化技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)與不足，提供一種高效糖化草本能源植物的方法，以草本能源植物為原料，采用酶解耦合緩沖溶液水熱預(yù)處理方式，高效糖化原料中纖維素和半纖維素組分。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種高效糖化草本能源植物的方法，該方法包括以下步驟：

a、將粉碎后粒度小于1cm的未經(jīng)預(yù)處理的草本能源植物原料和纖維素酶添加至酶解液中，pH4.8，50℃下酶解24-96h后，固液分離，得到酶解渣Ⅰ和酶解糖液Ⅰ；所述酶解原料的質(zhì)量體積濃度為10％～30％g/mL；所述纖維素酶用量為10～30FPU/g纖維素；

b、步驟a得到的酶解渣Ⅰ在含有硼酸或硼酸鹽的pH為4～6的水熱緩沖溶液中100～180℃水熱預(yù)處理10～60min后，固液分離，得到預(yù)處理渣和預(yù)處理糖液；所述酶解渣Ⅰ的質(zhì)量體積濃度為10～30％g/mL；所述水熱預(yù)處理環(huán)境為惰性氣氛，壓力為2-4MPa；

c、步驟b得到的預(yù)處理渣，添加纖維素酶后，以步驟a中所述酶解液或酶解糖液Ⅰ為介質(zhì)，重復(fù)步驟a，繼續(xù)酶解，并固液分離得到酶解渣Ⅱ和酶解糖液Ⅱ；

d、步驟c得到的酶解渣Ⅱ重復(fù)步驟b，直到得到的預(yù)處理糖液中糖濃度不再增加為止。

所述步驟a和步驟c得到的酶解糖液Ⅰ、酶解糖液Ⅱ作為酶解介質(zhì)循環(huán)使用，以進(jìn)一步提高酶解液中糖濃度。

步驟b中得到的預(yù)處理糖液可用于下一輪的水熱預(yù)處理，以富集糖并減小水量消耗。

所述草本能源植物選自狼尾草、象草、柳枝稷、芒屬作物中的一種或一種以上。