[發明專利]一種通過組合預處理促進木屑酶解的方法

在審

• 申請號: 202010106399.7
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111349671A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 賴晨歡;勇強;賈媛;楊春冬;謝惠平;黃曹興;李鑫;陳牧;徐勇;歐陽嘉;余世袁
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

本發明公開了一種通過組合預處理促進木屑酶解的方法，包括以下步驟：使用酸性水溶液對木屑進行酸預處理，所述酸性水溶液中添加碳正離子清除劑；酸預處理結束后固液分離得到酸性預處理濾渣；使用堿性水溶液對酸性預處理濾渣進行堿預處理，所述堿性水溶液中添加聚乙二醇縮水甘油醚；堿預處理結束后固液分離得到富含纖維素的物料；使用纖維素酶酶解富含纖維素的物料，得到葡萄糖。與單獨采用(2?萘酚輔助)稀硫酸預處理、或單獨采用(聚乙二醇縮水甘油醚輔助)堿預處理落葉松木屑的酶解得率相比，本發明的組合預處理使得酶水解得率由20％提高至90％以上。

技術領域

本發明涉及木屑預處理及酶解，具體涉及一種通過組合預處理促進木屑酶解的方法。

背景技術

隨著人類社會對化石資源需求的日益增長和過度開采，地球上化石資源不可避免地面臨著枯竭殆盡的命運。木質纖維原料是地球上最為豐富的可再生資源，它通過植物的光合作用將太陽能捕捉并以聚合物的形式儲存起來。利用工業生物技術將木質纖維原料轉化為可替代能源及化學品等是緩解化石資源短缺的重要途徑之一。木質纖維原料主要包括闊葉材、針葉材、能源作物、農作物秸稈、農林廢棄物以及城市纖維垃圾等。落葉松為松科落葉松屬的落葉喬木，是我國東北、內蒙古林區以及華北、西南的高山針葉林的主要森林組成樹種，是東北地區主要三大針葉用材林樹種之一。落葉松作為我國重要的經濟樹種，目前已形成從育種、培育、加工利用和家具生產的完整產業鏈，每年因其木材加工產生大量落葉松木屑。然而，目前這些落葉松木屑利用率較低，主要用于木材加工工業，少部分用于制作醫用或食用的落葉松阿拉伯半乳聚糖等。因此，在能源制約及環境污染的大背景下，以落葉松木屑為原料，通過工業生物技術將其轉化為能源或化學品，從而提高落葉松木屑利用率，具有重要的實際意義。

落葉松木屑中的纖維素在纖維素酶催化下可降解成單糖，繼而被不同微生物發酵成各種能源或化學品。然而，與其它木質纖維原料一樣，落葉松木屑中纖維素、半纖維素和木質素形成致密的結構，不利于纖維素酶對纖維素的降解作用。因此，木質纖維原料在進行纖維素酶水解前必須進行預處理，從而破壞木質纖維素的致密結構，以達到提高酶水解效率的目的。常用的預處理方法有稀酸預處理、蒸汽爆破預處理、堿法預處理、水熱預處理等。在稀酸預處理過程中，原料中半纖維素大量水解，使得纖維素可及性提高，大大增強了原料纖維素酶水解性能。堿法處理則有效斷裂酯鍵或醚鍵，從而有利于木質素的溶出。然而，不同種類木質纖維原料的結構差異性導致同樣的預處理方法往往呈現出不同的預處理效果。前期研究結果表明，采用常規的稀酸法處理草本原料，如玉米秸稈，可實現預處理玉米秸稈的高效纖維素酶水解。然而，針對于木本原料，尤其是針葉材原料，即使采用高強度的稀酸預處理條件，其稀酸預處理落葉松木屑的纖維素酶水解得率仍處于極低水平。有文獻報道表明，隨著酸性預處理強度的升高，酸性預處理針葉材的纖維素酶水解得率反而下降。這是由于針葉材木質素易在酸性條件下發生縮聚反應，所形成的縮聚型木質素更易導致纖維素酶的失活變性，從而進一步抑制纖維素酶水解的進行。同樣，前期研究結果表明，聚乙二醇二縮水甘油醚輔助低溫堿處理玉米秸稈，使得玉米秸稈木質素在堿預處理過程中實現木質素原位接枝修飾，從而降低木質素疏水性，緩解木質素對纖維素酶的無效吸附，顯著提高纖維素酶水解得率。然而，對于落葉松木屑，聚乙二醇二縮水甘油醚輔助的低溫堿處理無法破除致密結構。如果提高預處理溫度或預處理堿用量，則往往使得木本原料中纖維素或半纖維素的回收率顯著下降。因此，為提高落葉松木屑的纖維素酶水解性能，建立落葉松木屑的高效預處理策略成為亟待解決的問題。

發明內容

發明目的：為了解決現有木屑預處理效果差、酶解得率低的問題，本發明提供了一種通過組合預處理促進木屑酶解的方法。

技術方案：本發明所述一種通過組合預處理促進木屑酶解的方法，包括以下步驟：

(1)使用酸性水溶液對木屑進行酸預處理，所述酸性水溶液中添加碳正離子清除劑；酸預處理結束后固液分離得到酸性預處理濾渣；