[发明专利]一种高效糖化草本能源植物的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及生物质能源转化利用技术领域，具体涉及一种高效糖化草本能源植物的方法。

背景技术：

化石燃料的不可再生及其大量消耗导致能源供给及生态环境的不断恶化，引起了人们对环境友好型可再生能源研究和开发的关注。在此背景下，基于“糖平台”的木质纤维素类生物质精炼，用以生产可替代石油产品的燃料和化学品研究日益受到重视。在被称为“糖经济”科技发展的21世纪，将木质纤维素生物质中的多糖组分(纤维素和半纤维素)降解为可溶性单糖或低聚糖等糖中间体是推动实现“糖经济”的重要基础和保证。

目前生物质水解糖化的手段主要有无机酸水解和纤维素酶水解两种，纤维素酶水解以其反应条件温和、产物单一的优势，已成为生物质制糖的重要发展方向。但因木质纤维素类生物质致密和复杂的空间三维结构，纤维素结晶及半纤维素和木质素的网状包埋影响，直接利用纤维素酶水解的效率较低。为此，在酶解糖化前，往往需要通过预处理打破木质纤维素致密结构，以增加后续酶水解效率。

与传统的酸碱法、氨纤维爆破等预处理方法相比，水热预处理过程使用绿色廉价的反应介质，具有成本低、效率高、环保、对设备要求较低等优势，已成为预处理领域的研究热点。然而，水热预处理能耗较高，推高了生物质糖化成本，为此，开发出高效低耗的生物质糖化方法，对提高木质纤维素产糖技术经济性任具有重要意义。

草本能源植物被认为是最具有发展前景的生物质能资源之一，是指经专门种植，用以提供能源原料的一类草本植物，包括狼尾草、象草、柳枝稷、芒属作物等。由于草本能源植物结构相对松散，富含纤维素和半纤维素而木质素含量低，草本能源植物是一种很好的生物质糖化原料。

目前相关水热预处理的酶解糖化专利有：CN101818217提供了一种以低浓度金属离子催化，水热糖化生物质中半纤维素组分的方法；CN101613728公开了一种以碱性水热预处理的草浆类纤维高效糖化方法；CN101586136公开了一种采用两步分段变温水热预处理方式，高效回收木质纤维素类生物质中糖类产物的方法；CN103993053公开了一种木质纤维素类生物质组分高效利用的高温液态水-氨法两步预处理工艺；CN104073533提供了一种水热水解液循环使用，水解渣超声处理的低耗能热水解生物质预处理方法及其装置；CN102174594提供了一种生物质水热预处理后，添加表面活性剂，用分批补料酶解方式，以提高酶解液糖浓度的方法。

上述现有方法中，水热预处理大都在低底物浓度下进行，单位原料能耗高；预处理过程中糖组分流失，降低了原料糖组分利用；预处理后需脱毒处理，以满足酶解要求；需多步预处理才能达到高效酶解；水解液糖浓度有限，限制了后续转化利用等不足都制约了木质纤维素类生物质糖化技术的推广和应用。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺点与不足，提供一种高效糖化草本能源植物的方法，以草本能源植物为原料，采用酶解耦合缓冲溶液水热预处理方式，高效糖化原料中纤维素和半纤维素组分。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种高效糖化草本能源植物的方法，该方法包括以下步骤：

a、将粉碎后粒度小于1cm的未经预处理的草本能源植物原料和纤维素酶添加至酶解液中，pH4.8，50℃下酶解24-96h后，固液分离，得到酶解渣Ⅰ和酶解糖液Ⅰ；所述酶解原料的质量体积浓度为10％～30％g/mL；所述纤维素酶用量为10～30FPU/g纤维素；

b、步骤a得到的酶解渣Ⅰ在含有硼酸或硼酸盐的pH为4～6的水热缓冲溶液中100～180℃水热预处理10～60min后，固液分离，得到预处理渣和预处理糖液；所述酶解渣Ⅰ的质量体积浓度为10～30％g/mL；所述水热预处理环境为惰性气氛，压力为2-4MPa；

c、步骤b得到的预处理渣，添加纤维素酶后，以步骤a中所述酶解液或酶解糖液Ⅰ为介质，重复步骤a，继续酶解，并固液分离得到酶解渣Ⅱ和酶解糖液Ⅱ；

d、步骤c得到的酶解渣Ⅱ重复步骤b，直到得到的预处理糖液中糖浓度不再增加为止。

所述步骤a和步骤c得到的酶解糖液Ⅰ、酶解糖液Ⅱ作为酶解介质循环使用，以进一步提高酶解液中糖浓度。

步骤b中得到的预处理糖液可用于下一轮的水热预处理，以富集糖并减小水量消耗。

所述草本能源植物选自狼尾草、象草、柳枝稷、芒属作物中的一种或一种以上。