[發明專利]一種改進的高溫液態水預處理木質纖維素類生物質的方法

有效

• 申請號: 201610326905.7
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN105779531B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 袁振宏;余強;莊新姝;卞士祥;王瓊;王聞;亓偉;譚雪松;周桂雄
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;莫瑤江

本發明公開了一種改進的高溫液態水預處理木質纖維素類生物質的方法，該方法通過在水解過程中添加生物基極性非質子溶劑，用生物基極性非質子溶劑替代部分水，不僅增加了體系熱質傳遞效果，還同時溶解生物質中木質素和表面類木質素，從而實現半纖維素的高效水解、木質素的高效脫除，而且減少了水用量，溶劑可以回收循環使用；生物基極性非質子溶劑如四氫呋喃、糠醛等本身就是生物質水解產物，替代部分水有利于提高體系傳質特性和木質素溶解性，解決了高溫液態水預處理木質纖維素類生物質的方法中半纖維素無法進一步水解，木質素的脫除率低，阻礙了后續纖維素酶與纖維素的解除水解的問題，也解決了高耗水、纖維素酶用量高的問題。

技術領域：

本發明涉及生物質轉化成新能源的技術領域，具體涉及一種改進的高溫液態水預處理木質纖維素類生物質的方法。

背景技術：

利用木質纖維素類生物質進行生物煉制生產能源及高附加值化學品，對于保障國家能源和經濟安全具有積極作用，而且對于減緩日益嚴重的環境污染也具有十分重要的現實意義。將木質纖維素類生物質中的糖基高分子聚合物—半纖維素和纖維素水解為可發酵性糖，是生產纖維素乙醇、丁醇、生物汽油等能源化工產品，進而實現生物煉制的必備基礎。但纖維素-半纖維素-木質素緊密的空間三維結構組成了木質纖維生物質的天然抗轉化屏障，通過預處理技術去除木質素/半纖維素位阻、增大物料表面孔徑和表面積、降低纖維素的結晶度和聚合度，進而打破生物質轉化屏障，對于提高纖維素酶解率及后續微生物的多糖利用率至關重要。

高溫液態水預處理(Liquid Hot Water)是指利用溫度在150℃-350℃之間，壓力高于其飽和蒸汽壓的壓縮液態水為反應介質的方法。因其H+和OH-濃度比正常水高出約101.5倍而自身具有酸堿催化功能。與傳統酸堿、氨纖維爆破等化學預處理相比，該方法無化學試劑添加，且降解產物少，因而已成為預處理領域的研究熱點。然而文獻【BioresourceTechnology144(2013)210–215】中提到高溫液態水預處理存在高耗水、高耗能的缺點，如甘蔗渣在160℃，5％濃度下處理20min，殘渣纖維素酶解率為76.3％，當進一步降低用水量，在20％濃度下殘渣酶解率僅為22.1％；水量的減少，降低了反應體系的熱質傳遞效率，在生物質與高溫液態水接觸界面，半纖維素被水解為木聚糖，但木聚糖無法擴散到水相中進一步水解，滯留在生物質表面的木聚糖會進一步聚合反應生成類木質素產物，一方面抑制了半纖維素的水解，另一方面阻礙了后續纖維素酶與纖維素的解除水解。此外，高底物濃度預處理過程中半纖維素糖化率較低，5％和20％濃度下分別為74.2％和28.1％。若預處理過程中不能將大部分半纖維素脫除，勢必會導致后續殘渣酶解、五碳糖/六碳糖共發酵難度增大。與此同時，低木質素脫除率使得殘渣纖維素酶解過程中酶用量居高不下，這些均限制了該綠色預處理技術在木質纖維素類生物質糖化發酵領域的推廣應用。

發明內容：

本發明的目的是提供一種改進的高溫液態水預處理木質纖維素類生物質的方法，通過在水解過程中添加生物基極性非質子溶劑，不僅提高體系的傳質特性，還同時溶解生物質中木質素和表面類木質素，從而實現半纖維素的高效水解、木質素的高效脫除，并且降低用水量。生物基極性非質子溶劑如四氫呋喃、糠醛等本身就是生物質水解產物，替代部分水有利于提高體系傳質特性和木質素溶解性，解決了高溫液態水預處理木質纖維素類生物質的方法中半纖維素無法進一步水解，木質素的脫除率低，阻礙了后續纖維素酶與纖維素的解除水解的問題，也解決了高耗水、纖維素酶用量高的問題。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種改進的高溫液態水預處理木質纖維素類生物質的方法，該方法包括以下步驟：