[发明专利]一种联合处理提高木质纤维素转化效率的方法以及高效制备乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种联合处理提高木质纤维素转化效率的方法以及高效制备乙醇的方法，属于生物质资源转化利用技术领域。

背景技术

木质纤维素是地球上最丰富廉价的可再生资源，蕴储着巨大的生物质能。主要来源于农业废弃物，森林废弃物和城市废弃物。随着化石燃料的枯竭和环境的日益恶化，将木质纤维素糖转化成葡萄糖和木糖等，并进一步用于生物基化学品如燃料乙醇等能源产物的生产，受到日益关注。我国是农业大国，农作物秸秆资源相当丰富，年产近8亿吨，然而长期以来，大部分秸秆被丢弃或焚烧，既浪费了资源又污染了环境，秸秆资源的合理综合利用对于保护环境、缓解能源危机和促进农业可持续发展具有重要意义。

以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇一方面能缓解日益严峻的能源短缺和环境污染问题，另一方面还能减少木质纤维素原料的浪费，实现资源化利用。然而，在生产过程中如何提高木质纤维素原料的水解率和利用率仍然是制约第二代燃料乙醇技术发展的瓶颈。

木质纤维素原料主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，其中，纤维素是由D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键联结而成的长链分子，长链分子进一步形成一种具有高度结晶区的稳定结构。且纤维素被半纤维素和木质素包裹镶嵌，彼此之间相互缠绕形成复杂紧密的结构，很难使纤维素酶直接降解其中的纤维素成分，因此需通过有效的预处理方式去除其中的木质素，破坏木质纤维素的致密结构，降低结晶度，增加比表面积，这也是成功进行燃料乙醇转化的关键步骤和技术前提。

目前应用较多的预处理方法有物理法如机械粉碎、微波处理、超声波处理等，化学法如酸处理、碱处理、湿式氧化处理、臭氧处理等，物理化学法如蒸汽爆裂处理、以及生物法。但是传统的单一预处理方法均很难将木质纤维素原料中的木质素降低到最低程度，对去除的木质素回收利用未给予充分重视，且应用较广泛的酸预处理均会产生糠醛、HM等发酵抑制物，汽爆法成本高，产物复杂，有焦油形成。

中国专利文献CN102758028A(申请号201110104494.4)公开了一种预处理木质纤维素原料，再转化为还原糖的方法。它采用液固比5-50，将木质纤维素在质量分数0-5％氢氧化钠和质量分数0-5％的双氧水的混合溶液中处理1-10小时，处理后所得固体残留物用水洗涤烘干。然后在酸解时间10-120min，酸解温度30-150℃，硫酸质量浓度0-10％，液固比5-50处理得固体残留物，调节pH值至7，然后烘干。该处理工艺可使木质素有效去除，而且半纤维素在稀酸条件下水解得五碳糖，经进一步反应可得高附加值产品。

但上述方法用于木质纤维素酶法水解的预处理过程中，酶解转化率相对较低，无法满足相关要求。考虑到不同预处理方式，将其进行组合，探索木质纤维素预处理的新思路，突破传统预处理方式的瓶颈。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种联合处理提高木质纤维素转化效率的方法。

本发明中的无氨基酸酵母氮源英文名称：YNB，YeastNitrogenBaseWithoutAminoAcids。

本发明的技术方案如下：

一种联合处理提高木质纤维素转化效率的方法，包括步骤如下：

(1)碱预浸提：取木质纤维素原料浸泡于NaOH溶液，加热至70～90℃，保温预浸提0.5～3h，NaOH加量为0.03g-0.1g/g木质纤维素原料，预浸提后不溶性的木质纤维素原料固液分离去除可溶物，得预浸提后的木质纤维素原料；

(2)碱性H₂O₂处理：预浸提后的木质纤维素原料与H₂O₂混合，H₂O₂加入量为0.025g-0.125g/g预浸提后的木质纤维素原料，调节pH至10～12，然后于温度28～35℃、转速120～200rpm条件下，保温反应20～30小时，反应后固液分离，得到碱性H₂O₂处理的木质纤维素原料；

(3)酶水解：将步骤(2)所得碱性H₂O₂处理的木质纤维素原料调节pH至4～6，加入复合酶，搅拌均匀，于温度40～60℃、转速120～200rpm条件下，保温酶解20～30小时，所述的复合酶为纤维素酶和半纤维素酶的混合酶，复合酶加入量为5-15酶蛋白/碱性H₂O₂处理的木质纤维素原料，单位：mg/g，得木质纤维素水解液。