[发明专利]一种生物预处理木质纤维素及同步糖化发酵产氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预处理木质纤维素及发酵产氢的方法。

背景技术

目前，世界能源需求主要由化石燃料满足。然而，大量的科学证据表明，这种随意使用化石燃料引起的全球气候变化，具有潜在的灾难性影响。因此，开发一种新型能源势在必行，氢气作为一种新型能源载体，具有可回收利用，清洁无污染以及燃烧值高等优点。生产氢气的方法有很多种，其中发酵法生物制氢技术以其较高的产氢速率和发酵过程节能环保，受到广泛的关注。为了使发酵法生物制氢更具经济竞争力，寻求一种可再生且廉价的基质是关键。木质纤维素原料例如农业废弃物，废纸和木片是地球上最廉价、最丰富的可再生资源之一。亚洲国家具有巨大的利用农业废弃物生物制氢的潜力，仅我国每年农业废弃物(玉米秸秆、稻草和麦秸等)的产量可达7亿吨左右，能量相当于5亿吨标煤。据统计，其中，秸秆类利用率为33％，但经过一定技术处理后利用的仅占2.6％，其余大部分只是作为燃料等直接利用。因此，选用秸秆类物质作为发酵产氢基质，开发前景非常广阔。

由木质纤维素到氢气的转化采用同步糖化发酵(Simultaneous Saccharification and Fermentation，SSF)工艺，即将纤维素的酶水解糖化过程与厌氧发酵产氢同步进行以节省时间并提高空间利用率。由于秸秆表层蜡质的保护作用、木质素和半纤维素的空间障碍效应以及纤维素的高结晶度和聚合度影响秸秆的生物转化效率。因此，要充分有效利用农作物秸秆资源，就必须对秸秆进行预处理，破坏秸秆的表层蜡质、木质素-半纤维素的共价结合、纤维素的结晶结构等，使纤维素与木质素及半纤维素相互分离，增加纤维素分子与微生物或酶的接触概率，实现提高秸秆生物转化效率的目的。传统的物理/化学预处理方法(如酸、碱高温高压预处理，蒸汽爆破、氨纤维爆破等)需要昂贵的仪器或设备，具有较高的能源需求，在预处理过程中产生大量的对后续发酵有抑制作用的糠醛类物质，同时损失大量的纤维素和半纤维素并且整个预处理过程成本高，对环境造成极大污染。

发明内容

本发明要解决现有发酵产氢过程中木质纤维素预处理能源需求高，污染环境以及产生发酵抑制物的问题，而提供一种生物预处理木质纤维素及同步糖化发酵产氢的方法。

生物预处理木质纤维素及同步糖化发酵产氢的方法按以下步骤实现：

一、将白腐真菌接种于木质纤维素液体培养基中，在29℃的有氧条件下悬浮培养10～20天，然后水洗，再置于105℃烘箱中烘干至恒重，获得预处理后纤维素；二、将3L产氢菌营养盐溶液与7L绿色木霉粗酶液混合，加入150～350g的预处理后纤维素，获得同步糖化发酵产氢培养基，然后通入纯度为99.99％的氮气，再接种产氢菌的种子液，在初始pH值为6.5、温度为60℃、搅拌速度为150r/min的条件下进行厌氧发酵产氢24～72h；即完成生物预处理木质纤维素及同步糖化发酵产氢；

其中步骤一中白腐真菌为Phanerochaete chrysosporium5.776，保藏单位为中国普通微生物菌种保藏管理中心；

步骤一中木质纤维素液体培养基每L由0.008g的FeSO₄、7.5g的酵母粉、3g的KH₂PO₄、0.034g的CaCl₂、20g的葡萄糖、20g的木质纤维素、1ml的维生素液和余量的蒸馏水组成；所述木质纤维素稻草、麦秸或玉米秸秆粉；所述维生素液由25g的肌醇、1g的烟碱酸、1g的泛酸、1g的盐酸吡哆醇、1g的硫胺素盐酸盐、0.2g的4-氨基苯甲酸和0.05g的生物素溶于1000ml蒸馏水中制成；