[发明专利]用于生产原纤化纤维素材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序的用于生产原纤化纤维素材料的方法，以及根据权利要求11的原纤化纤维素。

背景技术

纤维素是衍生于D-葡萄糖单元的多聚糖，其通过β(1→4)–糖苷键缩合。它可以包括几百至几万个葡萄糖单元。纤维素是直链聚合物，其分子采用延长的杆状构造，辅助以葡萄糖残基的赤道构象(equatorial conformation)。纤维素也是地球上最常见的有机化合物，其是绿色植物的初生细胞壁的结构成分。

纳米纤维素也被称为纳米原纤化纤维素(NFC)或微原纤化纤维素(MFC)，其是由纳米级纤维素纤维组成的材料。纳米纤维素纤维非常薄，具有5–20nm的宽度。纵向尺寸可以变化很大，可以为十几纳米至几微米。纳米纤维素可由任何纤维素材料制备而成，但是通常使用纸浆。

在纳米纤维素生产领域有许多研究和开发项目正在进行。通常，从木质材料生产纳米纤维素纤维需要机械处理，如高能耗的研磨或高压均质化。诸如强酸性水解、氧化、化学官能化和酶处理，或其结合的预处理也已被研究。

化学氧化和酶解的问题是这些通常引起无用的纤维素聚合物降解，导致纤维素DP(聚合度)的降低，从而产生不良质量的原纤维，另一方面，造成了可溶性糖的释放。虽然生产方法相当昂贵并且难以控制，但是纳米纤维素的特性(例如机械、成膜和粘度特性)使得其成为令许多应用领域(例如纸、复合材料、食品、医学和化妆品工业，仅提及几种)关注的材料。

纳米纤维素也可通过使用细菌来生产。细菌纳米纤维素通过生物合成的方法制备，并且其在研究领域吸引了很多人的兴趣。例如在生物医学领域可发现应用前景。然而，实施这些方法既耗时又昂贵。

FI 122776B1描述了一种以工业规模生产相对纯净的纳米纤维素的方法及其纳米纤维素产品。该发明提供了一种用于纳米纤维素生产的溶液，所述纳米纤维素生产的能耗为相比于现有技术能耗的1/3。在该出版物的实施例中，描述了一种包括两个研磨步骤以及一些额外的步骤(例如沉淀)的方法。然而进料浆液的稠度相当低(3％)，并且方法本身与该发明的方法大为不同。

WO 2011/004284A1描述了在改进的和高能效的方法中由木浆生产微原纤化纤维素的方法。在该出版物的实施例中，将松木硫酸盐浆用作原料，采用富含内切葡聚糖酶的酶制剂进行酶处理。从结果可以得出结论，包括组合同时进行机械和酶处理的方法比顺序进行这些步骤的方法更高效。然而，在相应的美国专利8,747,612中描述的方法需要添加至少一种改性化学品，更准确地说是氧化化学品(例如过氧化氢)，这会导致在纤维和化学品之间发生反应。

然而，仍然需要高能效的的方法，通过该方法实现控制的和最小化纤维素的降解，并因此获得更好的最终产品产率和所需的原纤维尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生产原纤化纤维的改进方法。特别是，本发明的目的是提供一种具有较好的终产物产率、质量和较高的终产品干物质含量的高能效的生产方法。

通过本发明，如在下文所描述的和权利要求所要求的，实现了这些和其他目的以及相比于已知方法的优点。

本发明是基于某些纤维素酶能够使纤维素结构松散以及原纤化纤维素结构的能力和定制酶混合物的使用，其可以促进原纤化活性而不是纤维素的水解。根据本发明，通过使用酶混合物来生产所需的原纤化纤维素，所述酶混合物主要包括纤维素二糖水解酶，某些内切葡聚糖酶，还可以包括其他酶活性，例如β-葡糖苷酶或半纤维素酶。

这些酶优选以最小化纤维素降解但是加速原纤化纤维素生产的比例使用。通过选择具有不同热稳定性的酶以及通过处理温度控制它们的活性有利于这种作用。使纤维素纤维松散优选地通过同时进行酶处理和机械处理来实现。

更具体地，本发明的方法的特征为权利要求1的特征部分所陈述的那样。

进一步地，根据本发明生产的原纤化纤维素的特征为权利要求11中所陈述的那样。

通过本发明的方式可以获得相当多的益处。例如，本发明提供了一种用于生产原纤化纤维素，在高固体含量下获得较高产率的高能效方法。而且，本发明的方法可以以比现有技术中描述的更少的酶添加进行。任选地，在该方法中产生的次级产品(单糖)也可以被进一步利用，从而使总体的方法更加有利以及有工业吸引力。