[发明专利]氢氧化钠/尿素/水体系预处理农业废弃物生物质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢氧化钠/尿素/水体系预处理农业废弃物生物质的方法，具体是一种利用低温氢氧化钠/尿素体系预处理农业废弃物生物质的方法，属于农业废弃物资源利用技术及新能源技术开发和利用领域。

背景技术

化石燃料短缺及化石燃料燃烧对环境造成的污染，促使人们寻找清洁可再生的替代能源。基于非粮生物质的第二代生物乙醇是最有前途的可再生能源之一。第二代生物乙醇技术提供了大规模生产可再生能源的可能。我国据有丰富的农业废弃物等生物质资源，年产量超过6亿吨秸秆。农业废弃物等木质纤维素原料主要由纤维素、半纤维素和木质素构成。

木质纤维素酶解糖化是制备生物乙醇的关键步骤。木质纤维素化学成份和结构、底物的比表面积和孔隙度及纤维素酶对底物中纤维素的可及性等是影响酶解糖化的主要因素。预处理起着大幅改善木质纤维素糖化的作用。常用的木质纤维素预处理方法有物理法、物理化学法、化学法以及生物法。物理法，可以通过减小木质纤维素尺寸，提高后续酶解效率。然而，物理预处理需要较高的能量消耗，尤其对木材原料(Zhu W, Zhu J Y, Gleisner R, et al. On energy consumption for size-reduction and yields from subsequent enzymatic saccharification of pretreated lodgepole pine. Bioresour Technol, 2010, 101: 2782-2792)；物理化学预处理可有效地改善底物的酶解效率，然而，蒸汽爆破，二氧化碳蒸汽爆破，氨纤维膨胀等均需要高压设备，并且产生影响后续酶解、发酵的抑制剂；化学预处理通过加入不同的酸，碱，有机溶剂或离子液体等化学物质，以改善木质纤维素底物的反应性能。酸碱预处理一般是在高温高压条件下进行，整个过程能耗较大，同时会产生影响后续糖化发酵过程的抑制剂(Kont R, Kurasin M, Teugjas H, et al. Strong cellulase inhibitors from the hydrothermal pretreatment of wheat straw [J]. Biotechnology for Biofuels, 2013, 6: 135)。有机溶剂预处理和离子液体预处理对生物质的分离提供一个清洁的过程，然而有机溶剂和离子液体价格相对昂贵(Li C, Knierim B, Manisseri C, et al. Comparison of dilute acid and ionic liquid pretreatment of switchgrass: Biomass recalcitrance, delignification and enzymatic saccharification. Bioresource Technol, 2010, 101: 4900-4906)；生物预处理，如白色，棕色和软腐真菌等能在在温和的条件下降解半纤维素和木质素。生物预处理耗能少，过程友好，然而，生物降解速率非常低，耗时长(Salvach A D, Prieto A, Lopez-abelairas M, et al. Fungal pretreatment: An alternative in second-generation ethanol from wheat straw. Bioresource Technol, 2011, 102: 7500-7506)。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种非木材木质纤维素原料预处理的方法。本方法具有成本低，耗时短，酶解糖化效率高，不产生发酵抑制物等优点。

本发明利用低温氢氧化钠/尿素/水体系预处理农业废弃物生物质原料，制备可发酵糖的方法包括以下步骤：

（1） 农业废弃物木质纤维素原料的机械处理：选用农业废弃物为原料，采用高速搅拌机或植物粉碎机或超微粒磨碎机机械处理减小木质纤维素底物尺寸，增加底物比表面积；

（2） 农业废弃物木质纤维素原料的化学处理：在-20～-10℃下，将尺寸减小的木质纤维素底物加入至氢氧化钠/尿素/水体系中并搅拌；得到木质纤维素底物混合物，过滤并将木质纤维素滤渣洗涤至中性；

（3） 农业废弃物木质纤维素原料的酶解糖化：用纤维素酶酶解木质纤维素底物（即步骤（2）中所得的滤渣），测定木质纤维素底物中葡聚糖含量及木质纤维素底物的纤维素酶水解液中葡萄糖浓度，计算农业废弃物木质纤维素原料中葡聚糖的酶解转化率。