[发明专利]一种高效降解木质纤维素原料的方法

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维素物质预处理技术及其应用领域和新能源开发领域，具体涉及到一种高效降解木质纤维素原料的方法。

背景技术

我国是世界上经济发展最为迅速的国家之一，对能源的需求量长期持续高速增长，随着世界能源缺口不断加剧，化石能源等不可再生能源日益枯竭以及环境压力与日俱增，世界各国也加快了寻找可代替能源的步伐，其中生物乙醇以其资源可持续性、技术可行性以及环境友好性吸引了全球各国的关注。木质纤维素经过糖化可得到发酵糖液，然后利用发酵糖液发酵生产燃料酒精、单细胞蛋白、糠醛等工业产品。

但是利用木质纤维素原料的局限之处在于原料预处理技术不够成熟、酶解效率较低、高效纤维素酶研发缓慢和发酵对微生物要求较高。在这样的背景情况下，研究木质纤维素物质的原料预处理技术以及高效的酶解技术对我国不仅具有非常重要的现实意义，同时还具有非常重要的战略意义。

目前木质纤维素原料的主要预处理方法有物理法、化学法和生物法。物理法可以有效地改变木质纤维素原料的结构，但是耗能较大且水解率很低；化学法可以提高木质纤维素原料的水解率，但是对反映容器的耐腐蚀性能要求较高且预处理时间长，成本较高；生物法耗能少，但是水解率很低，在降解过程中有废弃物产生。

单纯利用微波辅助碱溶液或者超声波辅助稀酸溶液进行预处理的物理-化学方法，耗时较长而且糖产率较低，成本较高且能耗较大，应用于工业化大规模生产存在着局限。中国专利CN101255479公开了一种将木质纤维素高效糖化的预处理方法，将木质纤维素原料进行粗粉碎，将粗粉碎后的原料与一价金属碱液溶液混合，常温下对其进行湿磨粉碎1h～4h，然后将改性木质纤维素与酶混合，加入缓冲液，调整缓冲液的pH值，酶解时间为96～120小时，制得糖液。但是，这个方法的预处理时间长，而且之后的水解时间也很长，所以会导致预处理能量消耗增大，成本增加，而且预处理工艺较为复杂繁琐；中国专利CN102220384公开了一种加压微波预处理木质纤维素的方法，将粉碎后的木质纤维素粉末与蒸馏水混合，然后在加压的情况下对原料进行微波处理，然后将处理后的物料进行酶解和发酵。但是，压力的增大意味着预处理对生产设备要求较高，且会增加能量消耗，增大生产成本。

发明内容

本发明的目的正是针对目前木质纤维素物质预处理技术的预处理时间长、生产成本高和能量消耗大的局限以及酶解效率低下的情况，而提供的一种高效降解木质纤维素原料的方法，在预处理的过程中，辅助以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，显著地提高了预处理效率，缩短了预处理的时间，降低了生产成本和能量消耗，并有效地降低纤维素原料的结晶度，在木质纤维素原料酶解过程中加入非离子表面活性剂，可以显著地提高纤维素酶的酶解效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种常压微波辅助阳离子表面活性剂和低浓度碱液预处理木质纤维素原料的物理-化学方法及利用非离子表面活性剂辅助纤维素酶酶解糖化木质纤维素原料的方法。其特征在于包括原料简单粉碎，常压微波联合碱液和阳离子表面活性剂处理原料，以及非离子表面活性剂辅助纤维素酶酶解步骤，将粗粉碎后的木质纤维素物质原料与阳离子表面活性剂、碱液混合，常压下进行微波处理后固液分离，进一步添加非离子表面活性剂辅助纤维素酶酶解固体可得糖液；

其具体步骤如下：

S1、选用干燥的木质纤维素原料，过40-60目筛，作为原料备用；

S2、配制质量分数为0.5％～2.5％的NaOH溶液；

S3、将上述一定浓度的NaOH溶液与过筛后的木质纤维素原料和一定量的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵混合，通过常压微波加热处理，然后固液分离；

S4、将固液分离后的残渣冲洗至滤液呈中性，烘干；

S5、将烘干后的木质纤维素原料与一定量的非离子表面活性剂以及一定量的酶混合，加入一定量的缓冲液，水解，得到糖液，灭酶、离心测定糖含量。

本发明中，在步骤S1中，所述的木质纤维素原料，是直接将干燥的木质纤维素原料碎过筛得到。

在步骤S2中，所述的NaOH溶液是低浓度的，有利于工业回收再利用，药品来源广泛，价格低廉。

在步骤S3中，所述NaOH溶液的添加量为15mL～45mL/每克底物，十六烷基三甲基溴化铵的添加比例为0.04～0.12/每克底物。所述的常压微波加热，压力为一个标准大气压，即常压，微波频率2450MHz，功率160～800W，时间4～22min；所述的固液分离是使用过滤分离的方法。