[發明專利]一種利用甜菜堿低共熔溶劑預處理木質纖維素的方法

有效

• 申請號: 201910526320.3
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110258157B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 周海峰;梁緣;田原宇;喬英云
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: D21C3/22
• 分類號: D21C3/22;D21C5/00;D21H11/12
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本發明屬于生物質資源高效轉化與利用技術領域，公開了一種利用甜菜堿低共熔溶劑預處理木質纖維素的方法。該方法具體步驟是：以甜菜堿為氫鍵受體，天然氨基酸為氫鍵供體合成低共熔溶劑；將低共熔溶劑和水的混合溶液作為預處理溶劑，按照木質纖維素與預處理溶劑質量比為1:5~1:30將木質纖維素原料與預處理溶劑混合均勻，于50~140℃下攪拌2~48 h，隨后將預處理混合物冷卻至室溫，進行固液分離，得到預處理后的固相纖維素渣。本發明不僅可以有效地提高木質纖維素的酶解效率，而且還具有環境友好、可再生、易操作、粘度低、成本低等優點。

技術領域

本發明屬于生物質資源高效轉化與利用技術領域，具體涉及一種利用甜菜堿低共熔溶劑預處理木質纖維素的方法。

背景技術

隨著傳統化石能源的日益枯竭，人類正面臨著能源短缺、資源匱乏的危機，同時化石燃料在使用過程中產生的廢氣、廢水等對生態環境造成了嚴重的污染。因此，尋求綠色、天然可再生的清潔能源來代替傳統化石燃料是大勢所趨。以木質纖維素為原料生產生物燃料和各種平臺化合物可以有效替代日益匱乏的石油資源，降低溫室氣體排放和環境污染。纖維素、半纖維素和木質素是組成木質纖維素的主要成分，它們之間通過共價和非共價鍵結合形成致密的結構，阻礙了纖維素酶對木質纖維素的降解，因此在將木質纖維素酶解發酵之前必須對其進行預處理。

預處理是木質纖維素轉化為生物燃料和各種平臺化合物的關鍵步驟，其主要作用是破壞纖維素、半纖維素和木質素連接的致密性，降低纖維素的結晶度和聚合度，從而提高纖維素的酶解效率。木質纖維素的預處理可分為物理、化學、生物以及聯合法等四大類型，常用的預處理技術有熱處理法、化學處理法和生物處理法等三種。然而，現有的預處理方法均存在一定缺陷，例如，蒸汽爆破法投資規模大，對設備要求高，規模化應用受到制約；酸法預處理對設備要求高，且易產生發酵抑制物如糠醛、5-羥甲基糠醛等，不利于后續發酵；生物法預處理周期長，后續酶解率較低。

相比之下，離子液體由于具有超強的溶解能力和可設計性，成為木質纖維素預處理研究的熱點之一。常見的用于木質纖維素預處理的離子液體多為傳統的咪唑類和嘧啶類離子液體，該類離子液體對水分較為敏感、毒性較強且生物可降解性差。低共熔溶劑是在室溫或接近室溫(低于100℃)下由多種組分反應形成的類似于離子液體的液體物質，與傳統的有機溶劑和離子液體相比，低共熔溶劑具有低熔點、低成本、低毒性、易制備、可再生、可生物降解等優點，可用于木質纖維素的預處理。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用甜菜堿低共熔溶劑預處理木質纖維素的方法，該方法能夠有效增強木質纖維素的酶解效率，成本低廉，可操作性強，環境友好。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種利用甜菜堿低共熔溶劑預處理木質纖維素的方法，包括如下步驟：

以甜菜堿低共熔溶劑和水的混合溶液作為預處理溶劑，按照木質纖維素與預處理溶劑質量比為1:5～1:30將木質纖維素原料與預處理溶劑混合均勻，于50～140℃下攪拌2～48h，隨后將預處理混合物冷卻至室溫，進行固液分離，得到預處理后的固相纖維素渣；其中，所述甜菜堿低共熔溶劑是以甜菜堿為氫鍵受體，天然氨基酸為氫鍵供體的低共熔溶劑。

所述的天然氨基酸包括：L-丙氨酸，L纈氨酸，L-亮氨酸，L-異亮氨酸，L-脯氨酸，L-苯丙氨酸，L-色氨酸，L-蛋氨酸，L-甘氨酸，L-絲氨酸，L-蘇氨酸，L-半胱氨酸，L-酪氨酸，L-天冬酰胺，L-谷氨酰胺，L-賴氨酸，L-精氨酸，L-組氨酸，L-天冬氨酸，L-谷氨酸中的一種或多種。

所述的甜菜堿低共熔溶劑的制備：甜菜堿和天然氨基酸以摩爾比10:1～1:10，于20～50℃下攪拌2～72h制備而成。

所述的預處理溶劑中甜菜堿低共熔溶劑與水的質量比為1％～100％；優選甜菜堿低共熔溶劑與水的質量比為20％～60％。