[发明专利]一种利用木质纤维素酶水解残渣制备木质素磺酸盐的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵工程领域，具体地说，涉及一种利用木质纤维素酶水解残渣制备木质素磺酸盐的方法。

背景技术

木质纤维素资源是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量高达1500亿吨，蕴储着巨大的生物质能。我国是一个农业大国，作物秸秆(如稻草、麦秆等)的年产量非常巨大(年产可达7亿吨左右，相当于5亿吨标煤)，据统计，目前的秸秆利用率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，开发前景非常广阔。如果能将木质纤维素资源其中的一部分转化为化学品或能源，将产生巨大的经济和社会效益。传统的木质纤维素资源利用途径比较单一，除了还田外，主要利用途径是燃烧、气化和水解。

目前对于木质纤维素的利用，应用较多的是以木质纤维素为原料，水解其中的半纤维素及纤维素组分，制备糖醇产品或发酵生产乙醇及其它有机酸类产品。工业木质素受纤维原料、制浆工艺以及提取方法等因素的影响，物理化学性质相差很大，一般有酸水解木质素、碱木质素、木质素磺酸盐、酶水解木质素等。酶水解木质素由于接近原始木质素因而具有较高的活性。木质纤维素的半纤维素及纤维素组分被利用后会产生大量的水解残渣，绝大部分的木质素组分仍残留其中，如不加以利用，将造成极大浪费。因此，进一步利用木质纤维素的水解残渣开发生产木质素磺酸盐制品十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用木质纤维素酶水解残渣制备木质素磺酸盐的方法。

木质纤维素酶水解残渣可采用亚硫酸盐法蒸煮制备木质素磺酸盐产品。亚硫酸盐蒸煮的目的是用亚硫酸盐蒸煮液与原料中的木质素作用，生成木质素磺酸和木质素磺酸盐，从而实现原料组分的分离。在亚硫酸盐法蒸煮过程中，整个物理化学反应大体分为两种作用。第一种作用为蒸煮液对原料的渗透与磺化，第二种作用为反应生成物的溶出和原料分离成纤维状纸浆。两种作用同时发生，并非截然分开。蒸煮液对原料的渗透既依靠蒸煮液本身的扩散作用和原料的毛细管作用，也借助于蒸煮过程压力升高而强制渗入。蒸煮液渗入原料之后，主要与原料中的木素发生磺化反应生成木素磺酸或木素磺酸盐，统称为磺化木素，溶于酸液中。

本发明所述的利用木质纤维素酶水解残渣制备木质素磺酸盐的方法，包括以下步骤：

(1)稀酸法预处理：在稀酸、低温条件下对木质纤维素原料进行预处理，固液分离，得到酸水解残渣；

(2)酶解：利用纤维素酶及木聚糖酶对酸水解残渣进行酶解，除去大部分纤维素及残余半纤维素，得到酶水解残渣；

(3)蒸煮、磺化：采用亚硫酸氢盐法蒸煮工艺对酶水解残渣进行蒸煮、磺化，制备木质素磺酸盐。

上述步骤还包括将蒸煮、磺化后的反应产物浓缩后喷雾干燥，得到木质素磺酸盐粉状产品。

所述木质纤维素原料可以为玉米芯、玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆、黄豆秸秆、葵花秸秆、芝麻秸秆、花生秸秆、油菜秸秆、红薯藤以及稻草秸秆中的一种或多种。

其中，所述步骤(1)中，稀酸低温预处理条件为：酸浓度0.1％～2.0％，液固比10～4∶1，温度100～150℃，时间10～180min；酸水解残渣组分为：纤维素含量：40％～70％，半纤维素含量：1％～15％，克拉森木质素含量：15％～30％，灰分含量：1％～5％。

所述步骤(1)中，所述的酸可以为硫酸、盐酸、磷酸、甲酸中的一种；干物质浓度可以通过加水调节至15％-18％。

所述步骤(2)中，纤维素酶用量为10～30FPIU/克底物，木聚糖酶用量为10～30FPIU/克底物。

所述步骤(2)中，酶解条件为：pH在4.5～5.2，转速50～200r/min，温度在46～50℃，酶解时间在24～72h。

酶水解残渣中克拉森木素含量≥40％。

所述步骤(3)中，酶水解残渣用水调节成底物浓度为5％～20％的浆，加入亚硫酸氢钠后密封反应釜，升温至所需温度开始计时。

所述步骤(3)中，蒸煮时亚硫酸氢钠质量与酶水解残渣质量比为1％～20％。

所述步骤(3)中，蒸煮、磺化条件为：反应温度为120～180℃，反应时间为1～10h。