[发明专利]蒸汽爆破含纤维素的原料的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种制备含纤维素的原料的预处理方法，更具体地，是关 于一种蒸汽爆破含纤维素的原料的方法。

背景技术

含纤维素的原料一般为植物的根、茎和叶，包括秸秆。所述秸秆即农作 物(一般为草本植物)收获种子或果实后剩余的根、茎和叶，主要为茎和叶， 如包括玉米秸秆、高梁秸秆、稻秆、麦秸的谷类植物的秸秆、包括豆秸的油 料植物的秸秆以及棉花秸秆。秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键 和/或非共价键紧密结合，三者约占秸秆干物质总重量的70-90重量％。秸秆 中纤维素、半纤维素和木质素的含量会随不同来源的农作物或农作物的不同 部分而有所区别。

所述含纤维素的原料，如秸秆可以用于单糖的制备，得到的单糖可以用 于发酵生产乙醇。所述含纤维素的原料中的纤维素在纤维素酶的作用下能够 降解成葡萄糖，半纤维素在半纤维素酶的作用下能够降解成木糖，葡萄糖和 木糖都可以用于发酵生产乙醇，比如酿酒酵母可以发酵葡萄糖制备乙醇，树 干毕赤酵母可以发酵木糖制备乙醇。但是木质素是由苯基丙烷聚合而成的一 种非多糖物质，因而不溶于水难以降解。由于木质素由芳香烃的衍生物以 -C-C-键、-O-键纵横交联，侧链与半纤维素以共价键结合，形成致密的网络 结构——木质素鞘包埋纤维素和半纤维素，因而使纤维素酶和半纤维素酶不 易与纤维素和半纤维素接触，结果导致秸秆也难以降解。

通常情况下，在由含纤维素的原料制备单糖和/或乙醇之前，需要对含 纤维素的原料进行预处理，以破坏木质素对纤维素和半纤维素的包埋。现有 技术的含纤维素的原料的预处理方法一般包括蒸汽爆破和/或酸水解。酸水解 虽然能够破坏木质素，但是也会破坏纤维素，继而降低葡萄糖的产率，而且 酸水解后还需要加大量碱中和才能进行酶解和发酵。因此更倾向只通过蒸汽 爆破完成预处理过程，达到破坏木质素对纤维素和半纤维素的包埋作用。

例如文献“对植物秸秆酒精生产工艺的介绍”，张学峰、兰玉成，酿酒， 第29卷第4期，第37-38页，2002年7月，公开了一种利用植物秸秆生产 酒精的方法，该方法包括将玉米秸秆除石除铁清洗后，切割成1.5厘米的小 段，水浸40分钟，通入2.5兆帕蒸汽，保温8分钟，泄压，水洗十分之一的 蒸汽爆破产物，并在所述十分之一的蒸汽爆破产物中培养里斯木酶产生纤维 素酶，将所得培养物与另外十分之九的蒸汽爆破产物混合，保温50℃水解 24小时，经过滤得到6％糖液，无机膜浓缩成20％以上的糖液，加入休哈塔 酵母(0.8-1.2亿/毫升)，发酵24小时，产酒份10％，蒸馏得99.5％的酒精。

CN1117835C公开了一种乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方 法，该方法以汽爆秸秆为原料，在高压反应釜中，用乙醇萃取汽爆秸秆中的 木质素；再用真空抽滤得到滤液，并将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发 酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽滤所得滤液即为该方法制备的液体燃料。

所述汽爆秸秆原料的制备方法包括将切碎的麦草、稻草或玉米秆等植物 原料装入汽爆罐，在1.2-1.7兆帕压力下，维持压力5-10分钟，之后，瞬间 减压释放。

所述的乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素的方法为在高压反应釜中，加入汽 爆秸秆和乙醇，汽爆秸秆和乙醇的体积比为1∶10-1∶50，在1.5-2.0兆帕的 压力范围内保持1-2小时。

所述的将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发酵乙醇是指：在33-35℃ 范围内(发酵)，维持14-16小时，在38-40℃范围内(酶解)，维持68小时， 并交替进行发酵2-3天。

CN1193099C公开了一种使用耐热型酵母从木素纤维素生物质中生产乙 醇的方法，该方法包括以下步骤：

将木素纤维素生物质粉碎成颗粒大小为15-30毫米；对粉碎的木素纤维 素生物质进行蒸汽爆炸预处理，根据所用材料的类型保持1-3兆帕的压力和 190-230℃的温度1-10分钟的时间，之后引发迅速减压；收集预处理过的物 料并且通过过滤分离液体和固体部分，将固体部分引入发酵贮器中；向发酵 贮器添加浓度为15FPU/克纤维素的纤维素酶和12.6国际单位/克纤维素的β- 葡萄糖苷酶；给发酵贮器接种马克斯克鲁维氏酵母CECT10875耐热型酵母 培养物的悬浮液；将混合物在42℃下摇动72小时。