[发明专利]一种木质纤维素生物质的综合利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种综合利用木质纤维素生物质的方法，具体地说是一种综合利用木质纤维素生物质中纤维素、半纤维素和木质素的方法。

背景技术

随着化石燃料资源的日趋枯竭和环境污染的日益严重，利用再生能源为石化产品的替代品变得愈加重要。而燃料乙醇是生物质液体能源的物质的主要形式，也是化石燃料最可能的替代品。目前，世界乙醇生产主要以淀粉类(玉米、木薯等)和糖类(甘蔗、甜菜等)作为发酵的原料。采用微生物法酵生产乙醇技术成熟，但是高昂的原料成本使粮食发酵生产乙醇的工业应用受到限制，同时存在与人争粮与粮争地等弊端，并且导致粮食价格持续走高，因此寻找新的原料势在必行。现在科学家把目光投向成本更为低廉、来源更广泛的木质纤维素生物质。

木质纤维素生物质以植物体的形式存在，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，其中，纤维素占40％左右，半纤维素占25％左右，木质素占20％左右，地球上每年由光合作用生成的木质纤维素生物质总量超过2000亿吨，因此木质生物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。

如果能以木质纤维素生物质为原料生产乙醇，将极大解决人类的能源问题，但是以木质纤维素生物质为原料生产乙醇的过程中遇到的最大问题是纤维素酶解的提取率低，酶解的成本过高(占总生产成本的40-50％)，生产成本过高，无法真正实现工业化。纤维素酶解的提取率低的原因是：一方面半纤维素作为分子黏合剂结合在纤维素和木质素之间，而木质素具有的网状结构，作为支撑骨架包围并加固着纤维素和半纤维素，木质素和半纤维素在空间上可阻碍纤维素分子与酶的接触，酶可及度差，增加了酶解的难度。因此有必要对木质纤维素生物质进行有效的预处理，破坏木质素和半纤维素的空间障碍，同时还要避免预处理产生不利于酶解的酶抑制物(如糠醛，乙酸等)，从而有利于纤维素的酶解；另一方面，纤维素酶对结晶纤维素酶促反应活力比较低，因此，为了提高纤维素酶解的提取率，需要提高纤维素酶的活力。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术在综合利用半纤维素、木质素和纤维素时，纤维素酶解提取率低的问题，从而提出一种纤维素酶解提取率高的木质纤维素生物质的综合利用方法。

为达到上述目的，本发明提供一种木质纤维素生物质的综合利用方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)碱解：用碱解木质纤维素生物质(与权利要求1表述不一致？)，从而提取木质素；

(b)酸水解：对所述碱解处理得到的碱解残渣进行酸水解，分离后得到戊糖溶液和酸水解残渣；

(c)使用纤维素酶对所述酸水解残渣进行酶解，得到主要成分为葡萄糖的溶液；所述纤维素酶为由一株青霉菌培养得到的纤维素酶，该青霉菌分类命名为Penicillium decumbens PD-G3-08，已保藏于武汉大学中国典型培养物保藏中心，其保藏编号是CCTCC M 2011195，保藏日期为2011年6月13号。

所述碱解在40-100℃下进行。

所述碱解步骤中液固体积比为5∶1-20∶1。

所述碱解步骤中碱溶液的浓度为5-8重量％。

所述碱溶液处理的时间为1-6小时。

各种碱都可以用于本发明，包括但不限于氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氨水等。但是，根据某些优选实施方案，碱溶液为氢氧化钠的水溶液。

所述酸溶液的种类没有特别的限定，可以是木质纤维素生物质进行酸水解的常规使用的酸，例如酸可以为硫酸、盐酸、硝酸和磷酸中的一种或几种。

所述酸水解的温度为100-150℃，时间为0.5-3小时，进行所述酸水解时，酸溶液的浓度为0.5-30重量％(如选用的酸为强酸，则酸溶液的浓度较低，约为0.5-5重量％，如选用的酸为弱酸，则酸溶液的浓度较高，约为5-30重量％)。所述酸溶液为磷酸溶液，磷酸溶液的浓度为1-20重量％。

所述木质纤维素生物质可以为玉米秸秆、麦秸、稻秸、甘蔗渣、棉柴、棉子壳、玉米芯、稻草、高粱杆、阔叶木材和木片的一种或几种。

根据原料情况进行预处理，对木质纤维素生物质原料进行切割或粉碎，接着对该秸秆段进行洗涤除尘。

所述纤维素酶解的条件为：底物用量为80-150g/L，纤维素酶的添加量为10-15FPU/g纤维素，温度为45-55℃、pH为4-6、搅拌转速为50-200rpm，酶解转化时间为2-7天。

纤维素酶解糖化后，发酵可以采用本领域技术人员公知的方法，发酵生产乙醇。

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：