[發(fā)明專利]使用堿性溶液和蒸汽爆炸的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理過程

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711019307.6
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN108004283A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 納塔科恩·蓋古爾;維卡達(dá)·特哈南;那因·威立耶-昂皮庫爾;瓦沙瓦·克賴通;桑猜·庫汶
• 申請（專利權(quán)）人: PTT全球化學(xué)股份有限公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C12P7/10
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 袁媛;王珍仙

本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理方法，所述方法產(chǎn)生從預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的酶消化獲得的高糖含量，其中所述方法包括以下步驟：(a)在環(huán)境溫度下使木質(zhì)纖維素生物質(zhì)與堿性溶液接觸；(b)在5巴至20巴的壓力下，將獲自步驟(a)的混合物與溫度為160℃至210℃的蒸汽在反應(yīng)器中接觸30秒至10分鐘；以及(c)將步驟(b)中的壓力和溫度降低至預(yù)定的壓力和溫度，以便使木質(zhì)纖維素生物質(zhì)爆炸；其特征在于，步驟(c)中的溫度在?10℃至20℃的范圍內(nèi)，并且步驟(c)的溫度降低的速率為5℃/min或以上。

技術(shù)領(lǐng)域

化學(xué)涉及木質(zhì)纖維素生物質(zhì)技術(shù)。

背景技術(shù)

目前，盡管根據(jù)經(jīng)濟(jì)和人口增長石油需求旺盛，但是因?yàn)槭唾Y源有限，所以試圖開發(fā)生物質(zhì)技術(shù)作為化學(xué)和燃料生產(chǎn)的前體，以便將石油資源替換為可持續(xù)能源。此外，使用生物質(zhì)代替石油資源可以降低二氧化碳的排放，二氧化碳是導(dǎo)致全球變暖的溫室效應(yīng)的主要原因。

通常，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)實(shí)際上具有三種主要組分：纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。纖維素由β-(1-4)-糖苷連接的葡萄糖分子自身結(jié)合形成。另一方面，半纖維素是由己糖糖類(即葡萄糖、半乳糖和甘露糖)和戊糖糖類(即木糖和阿拉伯糖)組成的支鏈聚合物。這些半纖維素是用于纖維素和木質(zhì)素之間交聯(lián)在一起的粘結(jié)劑。最后，木質(zhì)素是由酚類化合物組成的絡(luò)合物。木質(zhì)素的布置類似于強(qiáng)力覆蓋纖維素和半纖維素的管。此外，纖維素還具有其強(qiáng)結(jié)晶的布置，使得難以利用纖維素和半纖維素作為化學(xué)前體或應(yīng)用在能源中。因此，在如上所述使用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)之前，必要的是必須在利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)之前通過打開其結(jié)構(gòu)，除去木質(zhì)素并減少其結(jié)構(gòu)中纖維素的結(jié)晶來對其進(jìn)行預(yù)處理。然后，該木質(zhì)纖維素生物質(zhì)可以被酶促消化，從而更有效地獲得戊糖和己糖。

有幾種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理方法，例如物理預(yù)處理和化學(xué)預(yù)處理或熱預(yù)處理等。根據(jù)預(yù)處理的目標(biāo)和利用，每種方法都具有其優(yōu)缺點(diǎn)。

蒸汽爆炸是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)預(yù)處理中的一個有效方法。蒸汽爆炸方法包括施加高壓蒸汽，然后快速降低壓力，以便造成導(dǎo)致生物質(zhì)分解的生物質(zhì)的爆炸性分解。然后酶可以更多地暴露于纖維素，產(chǎn)生更好的分解。

已有研究在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的預(yù)處理步驟中結(jié)合酸和蒸汽爆炸，以便提供更有效的酶消化。WO2013063478A4公開了由生物質(zhì)的乙醇的生產(chǎn)方法。生物質(zhì)被水浸泡，然后經(jīng)受酸催化蒸汽爆炸過程，以獲得漿料。然后，將該漿料酶促消化并用微生物發(fā)酵以產(chǎn)生乙醇。然而，所述方法著重于產(chǎn)生不同質(zhì)量的糖的乙醇的生產(chǎn)。此外，在預(yù)處理過程中使用酸可能腐蝕設(shè)備。

WO2000019004A1公開了在紙漿生產(chǎn)中甘蔗渣的預(yù)處理。甘蔗渣在半堿性制漿液中在60℃下浸泡20小時(shí)。然后，在經(jīng)受蒸汽爆炸過程之前過濾液體。發(fā)現(xiàn)與蘇打制漿法連同使用蒽醌相比，所述方法提供了較高的未漂白產(chǎn)率。然而，所述文件著重于紙漿生產(chǎn)。因此，所得產(chǎn)品可能不適合糖生產(chǎn)。

Biotechnology and Bioengineering，第26卷，1984年，第426-433頁公開了在20℃預(yù)處理甘蔗渣至少18小時(shí)中使用堿性溶液，即氫氧化鈉、氫氧化鈣或氨。然后在200℃、6.9MPa(69巴)的壓力下使其經(jīng)受蒸汽爆炸5分鐘。這種預(yù)處理產(chǎn)生每千克起始生物質(zhì)約700克的有機(jī)質(zhì)消化率。在系統(tǒng)中超過一半量的半纖維素溶解。然而，所述方法預(yù)處理花費(fèi)時(shí)間太長。

Process Biochemistry，第41卷，2006年，第423-429頁公開了通過在190℃～240℃下蒸汽爆炸5分鐘來預(yù)處理橄欖樹木。然后用堿性過氧化物提取不溶性纖維以進(jìn)一步除去木質(zhì)素，從而增強(qiáng)酶消化的有效性。該方法每千克起始生物質(zhì)產(chǎn)生約288克糖。然而，使用過氧化物化合物可能導(dǎo)致不需要的副產(chǎn)物形式的纖維素和半纖維素的損失，并且可能對下一個預(yù)處理步驟產(chǎn)生負(fù)面影響。