[发明专利]一种木质纤维素的预处理方法

说明书

本发明公开了一种木质纤维素的预处理方法，包括以下步骤：预浸、脱水、蒸汽喷爆或者挤压膨化。本发明的木质纤维素的预处理方法，得到的预处理产物的半纤维素回收利用率、纤维素酶解转化率高，物料处理程度高，另外，经过本发明的方法预处理过的含木质纤维素原料，在发酵时乙酸的浓度均显著下降，即发酵抑制物的产量明显降低。

技术领域

本发明属于生物工程领域，具体涉及一种木质纤维素的预处理方法。

背景技术

近年来，诸多如石油等不可再生的化石能源日益枯竭，使得可再生能源特别是生物燃料受到越来越多的关注，并带来巨大的商机和社会意义。

生物质能源是未来能源领域中一种重要的可再生能源。近年来，世界各国都在大力开发综合利用生物质的相关技术，并在利用生物质生产燃料乙醇、生物柴油、生物氢气、生物沼气等方面取得了一定的成果，今后生物质能源的相关技术仍是各国研究与开发的热点。我国具有丰富的生物质资源，据统计，我国每年仅秸秆的产量即可达7亿吨，这之中蕴藏了极为可观的生物质能源，仍需进一步的开发与利用。

目前，采用生物质发酵的方式生产乙醇的相关技术，即将生物质中的木质纤维素发酵，进而生产乙醇的相关技术，已形成了一定的产业化规模。利用木质纤维素生产乙醇的主要步骤是预处理、水解、发酵和产品分离与提纯。其中，预处理是纤维素转化为燃料乙醇的关键技术，预处理可使木质纤维素的三种成分：纤维素、半纤维素、木质素分离开，而纤维素内有序结构发生变化，可增加纤维素与酶类催化物的接触面积，进而在发酵过程中，产生更多的乙醇，因而，预处理成为了提高物料的可及性、提高生产效率、降低生产成本的重要工艺。

中国专利文献CN101514348A公开了一种纤维乙醇原料预处理工艺及设备，由备料、预浸、蒸制、喷爆、高浓热磨、原液提取、原液资源化利用的步骤组成。具体而言，该方法采用原料与清水或预处理废液浸润，再向其中通入饱和蒸汽或过饱和蒸汽，并在1.5-3mpa的压力下喷爆，经高浓热磨后进行原液提取等步骤，上述方法可在一定程度上提高原料的利用率，但存在以下问题：1)相较于含水量低的原料，预浸后的原料在进行蒸制时，蒸汽消耗过大，且在温度低于170℃时，无法达到较好的处理效果，更为重要的是，即使保持温度在170℃以上，其处理物料的程度也仍不够理想；2)该方法中，喷爆过程为向装有待处理原料的压力容器中加入压缩空气，然后在高压下进行喷爆；这种喷爆为高压间歇喷爆，不仅对设备要求较高，且在高压与较高温度的条件下进行喷爆，含有木质纤维素的原料(如秸秆等)易炭化，原料损失严重；3)喷爆后得到的产物呈浆状，需进一步提浓，后续处理步骤繁琐；4)经实验表明，上述方法的预处理工艺得到的产物的半纤维素回收利用率、纤维素酶解转化率均不理想，且在发酵制备乙醇的过程中，发酵抑制物的产量较高，发酵效果也不理想。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是现有技术中的木质纤维素的预处理方法在蒸汽喷爆过程中蒸汽、原料耗损严重，处理步骤繁琐，且物料处理程度低，半纤维素回收利用率、纤维素酶解转化率均不理想，发酵时发酵抑制物的产量较高的问题，进而提供一种成本低、原料利用率高、操作步骤简单、物料处理程度高、半纤维素回收利用率高、纤维素酶解转化率高、发酵时发酵抑制物的产量较低的木质纤维素的预处理方法及其制备所得的产品。

本发明的木质纤维素的预处理方法，包括以下步骤：

1)浸润：取含木质纤维素原料与预浸液按照1：1.5-20的重量比混合，浸润；

2)脱水：将步骤1)中得到的浸润后的原料脱水至干物质含量大于或者等于30％；

3)蒸汽喷爆或挤压膨化:向将步骤2)中得到的脱水后的原料通入压力为0.35-1.8MPaG的饱和蒸汽或过饱和蒸汽，在148-210℃下连续喷爆或者挤压膨化5-90min，即得。

其中，所述干物质是指有机体在60℃-90℃的恒温下，充分干燥，余下的有机物。所述干物质含量是指上述余下的有机物占步骤2)中脱水后得到的物料的重量百分比。