[發(fā)明專利]一種廢棄生物質(zhì)資源化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710455558.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN107287251B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柴立元;石巖;顏旭;司夢(mèng)瑩;劉明人;楊志輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P7/62
• 分類號(hào): C12P7/62;B09B3/00;C12R1/01
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 袁靖

本發(fā)明公開了一種廢棄生物質(zhì)資源化方法，具體步驟如下：(1)廢棄生物質(zhì)堿法預(yù)處理，得到黑液和堿預(yù)處理渣；(2)黑液經(jīng)一種木質(zhì)素降解菌(Cupriavidus basilensis B?8，保藏編號(hào)CGMCC No.4240)作用后，可在其菌體內(nèi)分離提純獲得聚羥基脂肪酸酯生物塑料；(3)堿處理渣同樣經(jīng)該木質(zhì)素降解菌處理，使其中殘留的木質(zhì)素深度去除并轉(zhuǎn)化為生物塑料；(4)堿?生物處理渣經(jīng)酶解可得到高純度糖，用作后續(xù)生物發(fā)酵原料。該方法可使廢棄生物質(zhì)的酶解產(chǎn)糖量提高約10倍，并可同時(shí)將殘?jiān)泻秃谝褐心举|(zhì)素成分轉(zhuǎn)化為生物塑料，不僅解決了預(yù)處理黑液帶來的環(huán)境污染問題，還顯著提高了工藝的經(jīng)濟(jì)性，兼具處理時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、二次污染小、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于生物質(zhì)新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物實(shí)現(xiàn)廢棄生物質(zhì)資源化的工藝。

背景技術(shù)：

隨著世界范圍化石能源的日益枯竭，開發(fā)與利用可再生能源成為當(dāng)務(wù)之急。與以葡萄糖和淀粉為代表的第一代生物質(zhì)相比，以農(nóng)林廢棄物為代表的第二代生物質(zhì)避免了成本上升、與人爭(zhēng)糧、與糧爭(zhēng)地的問題，成為最適合的替代能源之一。木質(zhì)纖維素作為農(nóng)林廢棄物的有效成分，是地球上最豐富、最廉價(jià)的可再生資源。其主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。其中纖維素是由D-葡萄糖通過β-1,4糖苷鍵聯(lián)結(jié)而成的長(zhǎng)鏈分子，長(zhǎng)鏈分子進(jìn)一步通過氫鍵等作用力形成具有高度結(jié)晶區(qū)的超分子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同時(shí)，半纖維素和木質(zhì)素緊密鑲嵌在纖維素周圍。廢棄生物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定，使其對(duì)化學(xué)和生物降解均具有天然的頑抗性。

鑒于木質(zhì)纖維素的復(fù)雜頑抗性，其開發(fā)利用的首要環(huán)節(jié)是預(yù)處理，即采用物理、化學(xué)或生物法破壞并去除表面木質(zhì)素和半纖維素，留下纖維素渣應(yīng)用于后續(xù)酶解和生物轉(zhuǎn)化。目前，已有人采用真菌法或真菌-化學(xué)聯(lián)合預(yù)處理實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)素的深度去除。但真菌生長(zhǎng)所需時(shí)間過長(zhǎng)(10～50天)，不利于工藝擴(kuò)大化和商業(yè)化。與真菌相比，細(xì)菌的數(shù)量雖然較少，但可大大縮短生物處理接種時(shí)間(7天)，因此采用細(xì)菌替代真菌進(jìn)行廢棄生物質(zhì)預(yù)處理具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外尚無細(xì)菌強(qiáng)化廢棄生物質(zhì)堿法預(yù)處理的相關(guān)報(bào)道。

在廢棄生物質(zhì)預(yù)處理過程中，還會(huì)產(chǎn)生大量的含木質(zhì)素成分的黑液，這部分木質(zhì)素通常會(huì)被丟棄或焚燒，其資源化潛力被嚴(yán)重忽視，不僅造成了生物質(zhì)中近1/3碳資源的浪費(fèi)，也帶來了潛在的環(huán)境污染。此外，傳統(tǒng)預(yù)處理的單一產(chǎn)品線生物精煉工藝導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)品的成本過高，難以擴(kuò)大。不少研究提出整合預(yù)處理、酶解和發(fā)酵的一步轉(zhuǎn)化法，簡(jiǎn)化了工藝流程，但未能解決木質(zhì)素資源浪費(fèi)的問題。因此，預(yù)處理黑液的資源化是提高廢棄生物質(zhì)利用率和工藝經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。

事實(shí)上，對(duì)于廢棄生物質(zhì)預(yù)處理后形成的渣和黑液，目前尚無同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者的深度去除和資源化的方法。

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種廢棄生物質(zhì)資源化方法(工藝流程如附圖1所示)，即利用一株木質(zhì)素降解菌(Cupriavidus basilensis B-8)應(yīng)用于堿法預(yù)處理后，不僅可深度去除預(yù)處理渣中的殘留木質(zhì)素并將其資源化形成聚羥基脂肪酸酯，還可顯著提高廢棄生物質(zhì)預(yù)處理的酶解效率。同時(shí)，將該株菌應(yīng)用于預(yù)處理黑液中，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了黑液中木質(zhì)素的利用和資源化。此外，Cupriavidus basilensis B-8資源化產(chǎn)生的聚羥基脂肪酸酯具有類似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具備的生物可降解性、生物相容性、光學(xué)活性、壓電性、氣體相隔性等許性能，在包裝材料、組織工程材料、緩釋材料、電學(xué)材料以及醫(yī)療材料方面有廣闊的應(yīng)用前景。

總的來說，本發(fā)明提出的一種廢棄生物質(zhì)資源化的方法可顯著推動(dòng)廢棄生物質(zhì)的開發(fā)和利用。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決現(xiàn)有廢棄生物質(zhì)中木質(zhì)素資源浪費(fèi)的問題，提高廢棄生物質(zhì)的利用率，本發(fā)明提供了一種利用木質(zhì)素降解菌實(shí)現(xiàn)廢棄生物質(zhì)資源化的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種廢棄生物質(zhì)資源化方法，具體步驟如下：