[發明專利]一種生物質精煉酶結合蒸汽膨爆法預處理脫除木質素的方法

在審

• 申請號: 201710027927.8
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106758451A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 閻永平
• 申請（專利權）人: 深圳市龍城生物科技股份有限公司
• 主分類號: D21B1/36
• 分類號: D21B1/36;D21C5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物質原料脫除木質素的預處理技術領域，提供一種綜合性的生物酶處理技術。

背景技術

近年來，隨著石油、煤炭儲量的下降，以及各國對環境污染問題日益關注，纖維素這種價廉的可再生資源的應用也愈來愈受到重視。目前，在紡織、造紙、生物、化工、食品、醫藥、涂料、塑料、保健品等領域中的應用十分廣泛。由于木質素、半纖維素以及木質素的復雜的結構特性，在纖維素外面纏繞覆蓋著一層木質素、半纖維素的結合層，因此不能高效單一的利用纖維素，必須進行預處理，脫除生物質原料中的木質素。精練酶處理有較好的去除木質素效果，且對生物質纖維強度損傷小；堿去除木質素的效果比漆酶好，但對纖維強度損傷較大。

有效的預處理方法主要包括以下幾個方面：一是對生物質原料的外形大小要求不高，保留有效的戊糖成分；二是減少可抑制酶水解和發酵菌株的降解物，三是最少的能量和成本投入。其它的要求包括較低的預處理催化劑的消耗和催化劑的低成本循環使用，高附加值的木質素副產品等。

預處理方法可分為物理法、化學法和生物法。物理預處理法包括機械法(Comminution)、蒸汽膨爆法(Steam Explosion)、熱解法(Hydrothermolysis)?；瘜W法處理法在預處理系統中加入酸或堿可以強化水解并提高葡萄糖的收率，包括硫酸、鹽酸、氨溶劑、DMSO 和各種纖維素溶劑等，最常用的稀硫酸和氫氧化鈉。生物預處理法中主要使用白腐菌等微生物降解木質素，其中黃孢原毛平革菌(P. chrysosporium)是最常用的菌種。目前比較先進的預處理技術是美國再生能源國家實驗室(NREL)組織實施的 CAFI 計劃 (Biomass Refining Consortium for Applied Fundamentals and Innovation)中的預處理方法，包括稀酸法(Dilute acid)、熱水沖洗法(Flowthrough)、中性 pH 法(Controlled pH)、氨纖維膨爆法(Ammonia fiber explosion)、氨水循環法(Aqueous ammonia recycle percolation)和石灰法(Lime)。

評判預處理方法的標準為：① 促進糖的生成并有利于后面的水解；②糖降解最小化；③ 避免生成對水解和發酵有害的副產品；④ 具有經濟性。

木質素是一種復雜的芳香族物質，其結構單元是苯丙烷，苯環上有甲氧基存在。結構單元之間基本上是通過醚鍵和碳碳鍵連接的。結構中β－烷基一芳基醚鍵的連接是主要的，它是木質素中主要的結構基團，這種結構的醚鍵斷裂即引起木質素大分子裂解。木質素結構單元間的C—C鍵連接對化學藥品的降解作用具有高度的穩定性，其存在是木質素不能分解成單個木質素單元的一種主要原因，要使木質素溶解，必須使用能使醚鍵和C—C鍵斷裂的生物酶。

精練酶是以堿性果膠酶為主的多種酶制劑的復配產品，果膠酶處理纖維時起到催化水解作用，使復合體界面處迅速發生水解作用。且精練酶中含有一定量的內切纖維素酶，能使纖維素大分子鏈斷裂，加上果膠酶的水解作用，從而使脂蠟質及木質素松動脫落，又經過精練酶中各種酶的長時間協同作用，因而使木質素含量大大降低。

發明內容

【本發明的目的】本發明針對目前物理法預處理技術木質素去除效率低，化學法預處理技術污染較大等問題，結合精煉酶作用高效專一以及傳統物理法的易操作等特點，提供一種生物質精煉酶結合蒸汽膨爆法預處理脫除木質素的方法，提高木質脫除率和纖維素利用率，為生物質新能源以及紙漿造紙新工藝提供新的思路與方法。

【本發明的構思】

本發明通過蒸汽膨爆法把相互緊密纏繞的木質素、纖維素和半纖維素打開，增大生物質原料的孔隙率與比表面積，提高精煉酶的作用效率，增大木質素脫除率并減少酶的用量，從而降低工藝運行成本，實現產業升級。

【本發明的技術方案】

本發明提供的一種生物質精煉酶結合蒸汽膨爆法預處理脫除木質素的方法，包括以下步驟：

1)將生物質原料粗切至10~40 mm，置于蒸汽爆破裝置在0.8 ~2.0 MPa 的蒸汽壓力下維持3 ~ 8 min；

2)蒸汽膨爆法后固液分離

使用隔膜壓榨壓濾機進行固液分離，烘干；

3）精煉酶預處理脫除木質素：

步驟2）得到的生物質原料與精煉酶處理體系混勻，進行酶介預處理，最終得到發酵后生物質原料。

優選的，步驟1）所述的生物質原料為玉米秸稈、麥草秸稈和稻草秸稈；