[发明专利]一种将木质纤维素高效糖化的预处理方法

说明书

本发明公开了一种将木质纤维素高效糖化的预处理方法，尤其涉及一种常温低浓度碱液预处理木质纤维素方法，其特征在于包括粗粉碎、碱液湿磨、碱回收和酶解步骤，将粗粉碎后的木质纤维素原料与浓度为０．１％～３％的一价金属碱液混合，常温下进行湿法粉碎后将固液分离，液体用于回收一价金属碱，固体即改性木质纤维素进一步酶解，制得糖液。本发明以木质纤维素为原料，可以选择无外部加热的常温条件，低浓度碱液溶液进行预处理，碱液能够有效回收，提高原料的酶解效率，提高原料得糖率，有效降低成本，提高经济性，弥补了现有木质纤维素预处理方法中能耗大，糖收率低和对设备要求高等不足。

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种木质纤维素高效糖化的预处理方法，尤其涉及一种节能、环保的常温低浓度碱预处理方法。

背景技术

随着全球石油资源日益枯竭、大气中二氧化碳污染严重以及经济的发展，用生物质原料生产生物能源和生物化工产品替代石化产品已成为当前发展的必然趋势。目前，大多数生物化工产品的生产依赖于甘蔗、玉米等粮食作物原料，存在生产成本过高，只在少数高附加值领域才能有所应用的缺点。另外，以粮食作物为原料进行生物燃料生产，存在引发和加重粮食问题的危险。美国农业部和能源部联合研究报道，木质纤维素能经过糖化产生可发酵糖，然后生产出燃料酒精、糠醛、单细胞蛋白、乙酰丙酸等工业产品。同时因为木质纤维素具有来源广泛、价格低廉、可再生性等优点，使得它的应用前景较粮食作物更为广阔。

木质纤维素主要由纤维素、半纤维素、木质素等组成，对木质纤维素材料进行生物转化时，首先需要对其进行预处理，以此来改变其表面结构，破坏木质素和半纤维素构成的网络结构、脱去木质素、降低纤维素的结晶度。目前木质纤维素预处理的方法有物理法(如粉碎)、化学法(如酸、碱处理)、物理化学法(如蒸汽爆破)和生物法等，但是这些处理方法存在以下问题：物理法如单一的粉碎处理能耗高，约占木质纤维素糖化过程总能耗的50％～60％；化学法预处理需要的酸或碱浓度为10％～77％，处理温度为100℃～120℃，具有能耗高和设备耐腐蚀要求高等缺点；物理化学法如蒸汽爆破法经处理后半纤维素损失达60％～70％，原料的固体收率仅有30％～50％，大大降低了糖收率和原料利用率；生物法的反应周期长，同时菌体会利用部分纤维素和半纤维素，使水解得率降低。

现有技术存在的问题可归结为：(1)均使用了加热处理方法，能耗高、糖收率低；(2)化学处理与蒸汽爆破、超声波、改性酶、减压、臭氧等特殊操作结合，但是生产成本也相应增加；(3)普遍使用了酸解或碱解方法，但酸/碱浓度均高于3％，对设备的维护和保养费用，以及酸/碱的大量使用，以及未反应的酸/碱无法回收等问题，均增加了生产成本；(4)有的方法使用了廉价易得的Ca(OH)₂进行碱解，且工艺中产生的CaSO₄等副产物，造成了环保负担。因此，改进预处理方法是目前木质纤维素预处理的关键问题以及发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种木质纤维素的预处理方法，通过该方法可以提高原料的酶解效率，提高原料得糖率，有效降低成本，提高经济性，以此改进现有木质纤维素预处理方法中能耗大，糖收率低和对设备要求高等不足。

为实现本发明的技术目的，本发明的技术方案为：

一种木质纤维素高效糖化的预处理方法，其特征在于包括粗粉碎、碱液湿磨、碱回收和酶解步骤，将粗粉碎后的木质纤维素原料与浓度为0.1％～3％的一价金属碱液混合，常温下进行湿磨粉碎后将固液分离，液体用于回收一价金属碱，固体即改性木质纤维素进一步酶解，制得糖液。

本发明技术方案的具体步骤如下：

a.木质纤维素原料的粗粉碎

对干燥木质纤维素原料进行粗粉碎至过20～60目筛，并室温保存；

b.原料的碱液湿磨