[发明专利]一种水洗碱性预处理植物纤维原料制取可发酵性糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及可发酵性糖的制备工艺，具体涉及一种水洗碱性预处理植物纤维原料制取可发酵性糖的方法。

背景技术

随着人类社会对以石油为代表的化石资源的开采利用以及大量使用化石资源引发的全球气候变暖趋势，寻找可再生的资源替代化石原料生产能源和化学品成为近年来的研究热点。生物质资源以其含量丰富、可再生性以及在生长过程中吸收二氧化碳的特点成为石油替代战略的最佳原料之一，可用于生产能源、化学品的生物质资源主要包括淀粉质原料、糖质原料和植物纤维原料。以粮食来源的淀粉质、糖质原料生产能源、化学品由于受到全球粮食供需矛盾的制约，发展前景不大。中国政府也提出发展生物质能源与化学品必须遵循“不与民争粮、不与粮争地”的原则。另一方面，我国有丰富的以农作物秸秆为代表的农林废弃物资源，这些废弃物资源目前利用率较低，大量秸秆由于得不到有效利用而在田间焚烧，严重污染了环境。如果将包括农作物秸秆、林业生产剩余物、城市纤维垃圾以及能源植物等植物纤维原料中的纤维素、半纤维素降解成可发酵性单糖，继而通过不同微生物将可发酵性单糖发酵成乙醇、丁醇、有机酸等化工产品，将有助于我国工业向低碳、低能耗、环保型工业转型，从而实现经济的可持续发展。

天然植物纤维原料中，可利用的糖类物质主要是纤维素和半纤维素，它们和木质素之间相互粘合形成致密的交联结构。大多数微生物不能直接转化纤维素或半纤维素，首先需将纤维素、半纤维素降解成可发酵性单糖后方可利用。采用酶法降解植物纤维原料中的纤维素和半纤维素成单糖，必须经过适当的预处理手段除去原料中的部分木质素或半纤维素，以增加纤维素和半纤维素对酶的可及度，从而提高酶水解得率。植物纤维原料中的纤维素和半纤维素经酶水解后可降解成包括己糖和戊糖在内的可发酵性单糖，单糖经微生物发酵即可生成乙醇、有机酸等化工产品。

植物纤维原料预处理的方法主要包括物理法、化学法、物理化学法和生物法等，其中借鉴碱法制浆的碱性预处理方法主要是通过碱在高温条件下溶解植物纤维原料中的大量木质素和部分半纤维素从而提高原料中纤维素和半纤维素对酶的可及度。然而植物纤维原料的碱性预处理过程中，碱性物质通过纤维素润涨作用进入纤维内部，造成处理后的碱性预处理物料采用常规洗涤的方法难以除去残余化学药品，不仅降低了后续化学药品的回收利用，而且物料中残留的碱性化学品对后续的酶解发酵过程不利。同时，碱性预处理过程还产生诸如甲酸、乙酸、乙酰丙酸和酚类物质等对酶解、发酵过程有害的抑制物质，须通过一定的措施以减少或除去其中的抑制物质。传统的制浆造纸工艺采用大量的水洗涤碱性预处理后的植物纤维原料来达到去除残余化学药品的目的，耗水量大，废水产生量大，生产成本高。

综上所述，从生产成本和有效性角度出发，目前的碱性预处理植物纤维原料的洗涤方法均存在着一些问题，有待于进一步优化。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种水洗碱处理植物纤维原料制取可发酵性糖的方法，以使其满足工业化的要求。通过酸中和及批式分段洗涤的绿液预处理植物纤维原料，经酶解制取可发酵性糖的工艺，以期实现用已有的成熟工艺和设备回收化学药品、热能，减少洗涤水用量和对环境的污染，降低生产成本，实现产品的清洁生产。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水洗碱性预处理植物纤维原料制取可发酵性糖的方法，包括原料预处理、洗涤、酶水解步骤；在所述的洗涤步骤中，预处理植物纤维原料经过滤后，先用酸中和再用少量水洗涤，得到易于酶水解的底物，经酶水解制取可发酵性糖。

所述的洗涤步骤中：碱性预处理的植物纤维原料经过滤回收化学药品后，先用酸中和，再用固液比为1:2-20（g处理前绝干植物纤维原料：mL水）的洗涤水进行批式分段洗涤，得到易于酶水解的底物。

所述的预处理植物纤维原料指以提高纤维质原料中纤维素和半纤维素对酶的可及度所采用的碱性预处理方法处理后的植物纤维原料。

在所述的酶水解步骤中，所用的酶为纤维素酶，是以木霉、曲霉或细菌产生的能降解纤维素成葡萄糖的纤维素酶的一种或多种酶的复合物。酶水解底物浓度（w/v）为5-15%。

所述的水洗碱性预处理植物纤维原料制取可发酵性糖的方法，具体步骤如下：