[發明專利]一種提高闊葉木纖維素高濃酶水解產可發酵糖效率的方法

在審

• 申請號: 202010546217.8
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111676257A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 霍丹;谷丞;韓瀟;陳輝;楊秋林;司傳領
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C12P19/02
• 分類號: C12P19/02;C12P7/10;C12P19/14
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本發明涉及一種提高闊葉速生材中纖維素高濃酶水解可發酵糖效率的方法，其步驟為：原料切片、螺旋擠壓；金屬氯鹽預處理；高濃磨漿機細纖維化；洗滌后固體基質的高濃水解：一定濃度分散于乙酸?乙酸鈉緩沖溶液中，再加入木質磺酸鈉或木質磺酸鈉與其他表面活性劑復配組成的復合表面活性劑和纖維素酶進行水解。獲得還原糖和木質纖維素殘渣。本發明將金屬氯鹽預處理與高濃磨結合處理木質纖維原料，將制漿造紙廢棄物?木質磺酸鈉作為表面活性劑并與其他類型表面活性劑復配，引入到纖維素酶高濃水解體系中，提高了酶水解可發酵糖得率。實現了木質纖維素的高效高濃酶水解，并可大大節約生物乙醇的生產成本。

技術領域

本發明涉及一種闊葉木資源轉化利用的技術領域，具體地，是涉及一種可有效提高闊葉木速生材中纖維素高濃酶水解產可發酵糖效率的綜合處理方法。

背景技術

資源匱乏、能源短缺、環境惡化已成為制約人類社會可持續發展的三大瓶頸問題，必將嚴重影響國民經濟快速持續增長。以資源豐富的木質纖維素為原料，實現生物質資源的全組分利用，特別是依靠微生物發酵生產燃料乙醇的技術日益引人注目。木質纖維素是植物細胞壁的主要組成之一，地球上每年通過光合作用產生的木質纖維素總量可達1000億噸，如美國每年可收集的木質纖維素總量可達10億噸，我國也可達8億噸，然而只有少部分被人類有效利用。木質纖維在長期的演變過程中進化出了較復雜的生物結構，用于阻抗微生物和動物的威脅，稱之為木質纖維素的“頑抗性”。木質纖維素的這種“頑抗性”會影響到酶試劑或化學試劑向木質纖維原料內的滲透、傳質以及纖維素酶的可及性及活性。因此，預處理是木質纖維原料生產燃料乙醇的關鍵技術。

木質纖維原料的預處理是指通過物理機械、化學及微生物等手段打破半纖維素和木質素對纖維素的包裹，改善纖維素的致密結構，釋放更多游離羥基，使其容易與微生物和纖維素酶發生直接接觸反應，從而克服木質纖維素原料的天然“頑抗性”，提高生物質酶解轉化效率。金屬氯鹽可選擇性脫除木質纖維素細胞壁中的半纖維素，同時與半纖維素相鏈接的木質素會部分溶出，從而使纖維素暴露出來，有利于纖維素酶與纖維素的直接接觸。同時研究表明部分金屬鹽可提高纖維素酶的活性，從而提高纖維素酶水解效率。

除纖維素酶的價格外以及木質纖維素的天然頑抗性外，乙醇的蒸餾成本過高(約占整個乙醇生產投資的30％)也是制約生物乙醇商業化的關鍵因素之一。乙醇蒸餾成本過高主要原因是發酵液中乙醇濃度過低所致。因此，若能有效地采用高底物濃度的酶水解體系，可從根本上解決后續乙醇蒸餾能耗過高的問題。有研究表明，在底物濃度高于10％時纖維質原料開始不能有效轉化，一次加料上限為12％-15％。可能原因為：隨著底物含量增加，終產物和抑制物相應增多，漿料粘度增大，底物得不到有效攪拌導致酶不能與其充分接觸，高濃度的抑制作用逐漸增強，纖維素轉化率隨之下降。

發明內容

為了解除木質纖維對纖維素酶的天然頑抗性，本發明利用金屬氯鹽對木質纖維原料進行預處理，選擇性降解其中的半纖維素和部分木質素，從而將纖維素從致密的結構中暴露出來。通過向酶水解體系中加入表面活性劑，改善水解底物的流變性，從而達到提高酶水解效率的目的。

本發明的提高木質纖維素高固酶水解的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)選取2-3年生桉木去皮、切片后，水浸漬、單螺旋擠壓脫水后風干，作為原料進行后續的預處理和酶水解；

(2)金屬氯鹽預處理，其技術條件為：將步驟(1)制得的桉木原料放入密閉耐高溫高壓小鋼罐中，再往罐中加入金屬氯鹽預處理溶液，蓋緊蓋子，將小罐置于空氣浴蒸煮鍋中。預處理溫度170-190℃，溫度控制誤差為±2℃，預處理時間20min，上述預處理所需溶液為現配的溶液，濃度為0.1-0.3mol/L。預處理完成后，立即停止加熱，將小罐去除，用流動水冷卻至室溫，然后將小罐中的固液置于尼龍網袋中，利用甩干機將固液分離后獲得預處理液和固體基質；