[发明专利]秸秆漆酶组合预处理脱木质素的方法无效

专利信息
申请号: 201010156793.8 申请日: 2010-04-27
公开(公告)号: CN102234948A 公开(公告)日: 2011-11-09
发明(设计)人: 陈洪章;邱卫华 申请(专利权)人: 中国科学院过程工程研究所
主分类号: D21B1/02 分类号: D21B1/02
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 秸秆 组合 预处理 木质素 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于木质纤维素生物质原料预处理技术领域,特别涉及到秸秆漆酶组合预处理脱除木质素的方法。

背景技术

石油和天然气等不可再生的化石资源构成了当今世界燃料和化学工业的基石。但自21世纪以来,由于化石燃料的不可再生性,以及化石燃料使用所引起的温室效应、酸雨、粉尘污染等环境问题,从可再生植物资源特别是木质生物质生产高附加值化工产品成为许多国家的重要发展领域和科学研究的热点。木质纤维生物质大量存在于自然界,是地球上最丰富、最廉价,且符合可持续发展要求的可再生资源。然而,木质纤维素原料的高效经济转化一直是国内外学者致力于解决的难题。这主要是由于秸秆等木质纤维素原料结构异常复杂,木质素和半纤维素形成牢固的结合层,包裹在纤维素的外面,任一种组分的降解都必然受到其他组分的制约。其中半纤维素较易于水解,可通过适当的方法降解成可发酵糖类物质。但是木质素是一种非常难以被生物降解的物质,它的存在不仅对纤维素酶等生物催化剂具有毒害作用,而且对纤维素酶和半纤维素酶降解天然纤维素原料中的碳水化合物具有空间阻碍作用,致使许多纤维素分解菌不能侵袭完整的天然纤维素原料。因此,秸秆等木质纤维素原料的预处理成为必需和关键的环节。

目前,对木质纤维素原料的预处理方法的研究主要有物理法预处理(蒸汽爆破、机械粉碎、微波、辐射等),化学预处理(酸、碱、氧化、有机溶剂、超临界萃取等),生物预处理(直接生物处理和生物酶处理等)。但是大量研究表明,由于秸秆等木质纤维素原料自身结构的复杂和不均一性,仅仅依靠单一技术难以实现其高效清洁转化。因此,近些年出现了不同预处理方法的组合处理技术,如南京工业大学黄和等公布了一种木质纤维素的联合预处理方法及其系统,但是该方法仍然是化学预处理法的组合,预处理过程中需要使用酸碱,存在较大的环境污染问题,增加了后续处理难度(200810020226.2)。

生物预处理法具有作用条件温和、专一性强、有利于环保和成本较低等优点,但是目前也存在直接生物法处理时间长、纤维素和半纤维素损失、酶活性较低、酶成本高等问题。但是从环保和成本等方面综合考虑,采用生物预处理是今后发展的方向。从生物法降解木质纤维素原料的机理上分析都要归结于对木质素、半纤维素等具有降解性能的酶类。目前已报道的可降解木质素的代表性酶主要有木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶。

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,它广泛存在于自然界的多种植物和菌类的分泌物中。它是目前公认的木质素分解酶之一,可以直接从底物吸收电子,使之形成自由基,在没有H2O2和其他次级代谢产物存在下,催化O2直接变成水,而自身脱去羟基上的电子或质子形成自由基。该自由基不稳定,可进一步发生聚合或解聚反应。利用这一特性,已有将漆酶用于造纸工业中协同漂白及改善纤维结构等的研究。中科院过程工程研究所陈洪章等提供了一种利用漆酶协同纤维素酶提高汽爆秸秆酶解效率的方法(200710179839.6),但是其目的在于以漆酶作为纤维素酶的助剂,形成纤维素酶-漆酶的协同酶解体系,达到提高纤维素酶解效率的目的,但是由于大量的木质素仍然对纤维素酶有显著的无效吸附作用,造成纤维素酶用量高,后续发酵成本高等问题。

发明内容

【本发明的目的】针对秸秆等木质纤维素原料物理汽爆预处理法木质素含量仍然较高,而单一的酶法预处理用酶量大、酶与原料可及性较低等问题,本发明结合酶处理的温和、专一特点和物理法的快速、高效特点,提供一种秸秆漆酶组合预处理脱木质素的方法,以期实现秸秆高效预处理,为秸秆中纤维素、半纤维素和木质素之间的有效清洁分离和定向高值转化奠定基础。

【本发明的构思】秸秆细胞壁中纤维素、半纤维素和木质素相互之间缠绕形成致密的三维网状空间结构。汽爆物理预处理法可以将半纤维素从秸秆中分离出来,仍然存在大量木质素,为了脱除木质素现有的方法主要是碱处理、有机溶剂处理等,存在高污染、高成本、低效率等问题;漆酶能够特异性地降解木质素,但是未经任何处理的秸秆原料结构致密,因此酶的可及性非常低,从而造成漆酶脱木质素的时间长、酶用量大、木质素脱除率低等问题。本发明结合汽爆处理的优势,即汽爆后秸秆表面形成大量孔隙,大大增强了酶对秸秆的可及性;为漆酶预处理秸秆提供了有利条件,从而有可能显著降低汽爆后原料中的木质素和后续漆酶预处理中酶用量,缩短漆酶脱除木质素的时间。

【本发明的技术方案】本发明提供的秸秆漆酶组合预处理脱木质素的方法,包括以下步骤:

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