[发明专利]一种可实现麦草秸秆高效酶水解转化的预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质利用的技术领域，尤其是一种可实现麦草秸秆高效酶水解转化的预处理方法。

背景技术

随着人类社会的飞速发展，自然界中的煤炭、石油、天然气资源则日益减少，由其使用引发的全球变暖、环境污染等问题及引起的其他环保问题日益突出。对于人类社会而言，寻找和使用绿色、清洁、可再生能源已经迫在眉睫。由此产生了“生物质精炼（Biorefinery）”的概念，并业已成为世界各国的重要战略研究方向之一。据预测，到2020年将有50%的有机化学品和材料产自生物质原料，2000-2020年将是世界各国大力发展生物质能源的关键时期。预计2020年，我国生物质能的利用量将占到一次能源总消费量的4%。

生物质是地球上最丰富的有机能源，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，是地球上仅次于煤炭、石油和天然气资源的第四大能源。生物质是人类社会最重要的能量来源，每年的产量达到1700亿吨，这些丰富的生物质资源对实现世界经济的可持续发展、实现环境保护和资源的有效利用具有重要的意义。目前，国内外对生物质资源的利用主要体现在燃料乙醇、生物柴油、生物质电能、沼气、生物质材料等方面。制浆造纸工业是最早的利用天然纤维素的工业，也是唯一一个集大规模采集、加工和利用生物质原料的工业。将制浆造纸与生物质能源结合，在造纸企业获得纸浆和纸的同时，还可以生产高附加值的燃料和化学品，如乙醇、碳纤维、聚合物、煤油和生物柴油，这也有利于实现制浆造纸工业的可持续发展。

我国是农业大国，非木材纤维素类（如麦草、玉米秸秆、蔗渣等）生物质资源相当丰富，据报道，我国各类农作物的秸秆年总产量达7亿多吨，其中稻草2.3亿吨，玉米杆2.2亿吨，豆类和秋杂粮作物秸秆1.0亿吨，花生和薯类藤蔓、甜菜叶等1.0亿吨。但是，这些资源大部分以堆积、燃烧等形式被废弃，造成了极大的环境污染和资源浪费，将这些资源转化成气体燃料或液体燃料（如氢气、酒精、柴油等），不但可以解决人类所面临的资源危机、食物短缺、环境污染等一系列问题，也能为人类社会的可持续发展提供保证。利用农作物秸秆生产燃料乙醇具有成本低廉、资源丰富等优势。有研究表明，使用纤维素乙醇作为燃料可减少14%的温室气体排放量。

通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可有效实现麦草酶水解的预处理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可实现麦草秸秆高效酶水解转化的预处理方法，步骤如下：

⑴将麦草秸秆置于90-100℃的热水中浸泡20-30分钟，然后将热水浸泡过的麦草秸秆进行螺旋挤压，螺旋挤压的压缩比为3:1-5:1；

⑵向经过螺旋挤压处理后的麦草秸秆中加入相对于绝干麦草秸秆质量1.0%-3.0%的H₂SO₄，该H₂SO₄的质量浓度为98%，或相对于绝干麦草质量10%-20%的氢氧化钠，然后加入蒸馏水，绝干麦草秸秆质量与加入蒸馏水后的总液体体积比为1:4-1:10，进行蒸煮，蒸煮温度为100-170℃，蒸煮过程中的升温时间控制在40-60分钟，保温时间为10-60分钟；

⑶将经过稀硫酸或碱预处理后的麦草秸秆置于螺旋挤压机中挤压1-2次，并收集预提取液，挤压处理后的麦草秸秆经过水充分洗涤至pH值呈中性，再经过螺旋挤压机挤压1-2次，螺旋挤压机的压缩比均为3:1-5:1，得经过平衡水分处理后的麦草秸杆；

⑷将相对于绝干麦草质量1.0%-5.0%的氢氧化钠和相对于绝干麦草质量1.0%-5.0%的亚硫酸钠溶解在蒸馏水中，然后将该药品混合液加入步骤⑶中提及的经过平衡水分处理后的麦草秸杆中，通过加入蒸馏水，最终配成麦草秸秆质量浓度为10-30%的体系，密封后在恒温水浴中进行化学预浸渍处理，处理温度为60-90℃，处理时间20-40分钟，得化学预浸渍处理后的麦草；

⑸将步骤⑷中化学预浸渍处理后的麦草进行两段磨解处理：第一段为压力磨解，具体条件为：温度120-170℃，压力0.1-0.7MPa，麦草浆料的质量浓度为10%-30%，磨解2-7分钟；第二段为常压磨解，具体条件为：盘磨间隙0.08-0.10mm，麦草浆料的质量浓度10%-30%，得磨解后麦草浆料纤维；