[发明专利]一种提高生物质酶解糖化效果的预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质预处理，具体涉及一种生物质酶解糖化或其它生物炼制预处理方法。

背景技术

在国际原油价格不断上调、国内对石油需求量日益大增的情况下，生物乙醇作为可再生能源成为政府重点推广的新型能源。由于木质纤维素类生物质中富含纤维素和半纤维素，并可降解成可发酵的葡萄糖和木糖等，如果以来源丰富，价格低廉，再生性强的生物质为原料进行生物乙醇的生产，不但避免了由粮食乙醇所带来的“与人争粮”的问题，同时还还为木纤维素类废弃物提供了很好的利用途径。因此，农作物秸秆等木质纤维素类废弃物被认为生物乙醇生产最具潜力的原料，受到世界各国相关专家学者的广泛关注。

由于木质纤维素的结构具有复杂稳定的特点，在利用其为原料生产乙醇的工艺中，预处理是提高原料酶解性能的先决条件，而且由于预处理能够影响到整个生物转化过程的各个工段(包括原料前处理、酶解、发酵、产物分离、废物处理和副产物的生成等)而被认为是木质纤维素乙醇生产过程的最关键步骤。因此，寻求高效、低成本的预处理技术就成为秸秆产业化生产生物乙醇的关键。

目前的预处理工艺多使用单一的技术，如酸预处理或蒸汽爆破仅去除半纤维素，碱预处理去除木质素和部分半纤维素，无法同时实现纤维素与半纤维素和木质素的有效分离，预处理后的纤维素固体部分在后续酶解糖化时纤维素酶的使用量大，糖化效率低，致使生产木质纤维素乙醇的成本居高不下，且无法实现木质纤维素资源的充分有效利用等缺陷。因此，如何有效将木质纤维素中的半纤维素和木质素与纤维素有效分离，降低预处理过程能耗，减少抑制物的产生，对于提高预处理过程的经济性，降低木质纤维素乙醇的生产成本，推动木质纤维素乙醇的工业化生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能提高生物质酶解糖化效果的预处理方法。该方法采用过氧化物与钢铁酸洗废液联合预处理的方法，分步破坏木质素和半纤维素的结构，然后进行酶解糖化，通过对糖化液中的还原糖的分析测定，发现在较少纤维素酶用量的情况下，预处理后的纤维素糖化率高。本预处理方法可有效提高木质纤维素的酶解糖化效果，且减少了纤维素酶的用量，从而提高用木质纤维素生物质原料生产木质纤维素乙醇的效率，降低生产成本。

本发明的技术方案为：

一种提高生物质酶解糖化效果的预处理方法，包括以下步骤：

（1）低温预处理：向含水量为0-6%的木质纤维素类生物质加入过氧化物溶液，在20-80℃下浸泡10～300min，过滤分离，得到水解液A和湿渣A；其中，木质纤维素类生物质与过氧化物溶液质量比为1:7～30；

（2）钢铁酸洗废液处理：将步骤（1）过滤分离得到的湿渣A在80～150℃下，加入经过稀释3-10倍的钢铁酸洗废液浸泡，时间为2～120min，固液分离，得到水解液B和湿渣B；其中，湿渣A与经过稀释的钢铁酸洗废液的质量比为1:5-20；

（3）洗涤：将步骤（2）得到的湿渣B用常温去离子水洗涤，其中，去离子水与湿渣B的质量比为30-50:1，洗涤后过滤分离，共洗涤3次，得到洗涤液和湿渣C，完成生物质的预处理。

所述的过氧化物为H₂O₂、Na₂O₂或CaO₂。

所述的过氧化物溶液的质量百分比浓度为0.5-20%。

所述的钢铁酸洗废液为经过过滤后的盐酸酸洗废液、硫酸酸洗废液和硝酸酸洗废液中的任一种，所述的钢铁酸洗废液主要包含有0.05-5g/L H⁺、60-250g/L Fe²⁺和1.5-5.0g/L Fe³⁺。

所述的木质纤维素类生物质为农作物秸秆、木屑、甘蔗渣或禾草。

经过本发明的预处理方法得到的水解液A、B和洗涤液中含有单糖或低聚糖，可用于生物炼制；得到的的湿渣C以纤维素为主要成分，可直接用于分别糖化与发酵工艺、同步糖化发酵工艺、同步糖化共发酵和直接微生物转化工艺这四种常用的木质纤维素乙醇生产工艺流程，生产木质纤维素乙醇或其它生物基产品。