[发明专利]一种提高秸秆纤维素糖化速率的预处理方法

说明书

技术领域

本发明公开一种预处理方法，涉及酶解糖化处理领域，具体地说是一种提高秸秆纤维素糖化速率的预处理方法。

背景技术

中国农民对作物秸秆的利用有悠久的历史，只由于从前农业生产水平低、产量低，秸秆数量少，秸秆除少量用于垫圈、喂养牲畜，部分用于堆沤肥外，大部分都作燃料烧掉了。随着农业生产的发展，中国自20世纪80年代以来，粮食产量大幅提高，秸秆数量也多，加之省柴节煤技术的推广，烧煤和使用液化气的普及，使农村中有大量富余秸秆。秸秆综合利用是指将农作物秸秆重新利用起来，变废为宝。近年来，农作物秸秆成为农村面源污染的新源头。每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，不仅污染农村环境，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。据有关统计，我国作为农业大国，每年可生成7亿多吨秸秆，成为用处不大但必须处理掉的废弃物。

纤维素是秸秆含量最多且最主要成分。作为废弃物中资源最丰富、价格低廉的可再生资源，纤维素具有可再生性和生物可降解性，可以作为发酵糖的重要来源用于生物质能生产和制备其他化工产品，代替不可再生的化石资源。同时，纤维素是由葡萄糖通过糖苷键形成的大分子多糖，且通过氢键作用形成一定型态的晶体结构，不溶于水及一般有机溶剂，常态下性质稳定，不易发生水解。常用的纤维素水解方法包括酸水解、热解和酶水解方式。纤维素在酸性介质中极易发生水解作用，但存在腐蚀设备、酸回收困难、抑制后续发酵等问题。热解也是促使纤维素水解的有效方式，但热解过程中产生的还原糖可进一步转化为糠醛及其衍生物，对酵母生长具有抑制作用，影响发酵过程。纤维素酶解是利用生物酶，即纤维素酶降低纤维素聚合度，实现其降解产生还原糖的一种水解方法，但天然纤维素都具有相同的晶体结构，在生物进化过程中形成的该种晶型构造对纤维素酶解具有一定的生物抗性，从而抑制酶解转化。

而公开号为CN106318996A的中国专利介绍了一种提高阔叶木原料纤维素酶解糖化率的预处理方法。提出超声化学法预处理阔叶木物料，利用NaOH、H2O2结合超声处理破坏植物细胞壁的致密结构，脱除细胞壁中的木质素，暴露原料中的纤维素，提高其可及度，实现酶解糖化效率的提升。本发明采用物理化学方法预处理阔叶木物料促进了细胞壁中纤维素的酶解溶出，但木质素脱除不完全，残留木质素影响纤维素酶的催化作用，限制了纤维素水解糖化率。

而公开号为CN106318996A的中国专利介绍了利用聚乙烯毗咯烷酮（PVP）提高木质纤维素酶解糖化得率的方法。将木质纤维素加入到缓冲溶液中配置成酶解液，再加入PVP和纤维素酶。本发明以非离子表面活性剂PVP为糖化促进剂，其来源便利，价格低廉，比其他糖化促进剂效果优宜，能显著提高纤维素的酶解糖化效率。然而，酶解糖化液中残存的PVP对后续发酵的影响仍有待于进一步研究。

而公开号为CN105734095A的中国专利介绍了一种提高纤维素酶解的方法。通过向纤维素酶解液中加入1-十六烷基吡啶氯盐和1，2-丙二醇来提高还原糖产率，本发明扩大了表面活性剂酶解应用的范围，操作过程较为简单，无环境污染，为提高纤维素酶解效率提供了一种安全生产工艺。但耗用成本较高，具有应用局限性。

针对上述缺陷，本发明提供一种提高秸秆纤维素糖化速率的预处理方法，选用常见的废弃的秸秆为前驱体，经过溶解，重生，酶解过程，改变纤维素的天然晶体结构，消除其对纤维素酶的生物抗性，利用简单操作工艺，省时节能、高效易产业化的方法实现秸秆纤维素酶解糖化，快速酶解成还原糖，不仅提高酶解效率，还具有对纤维素的能源化、资源化利用的重要现实意义。

发明内容

本发明提供一种提高秸秆纤维素糖化速率的预处理方法，所采用的技术方案为：

一种提高秸秆纤维素糖化速率的预处理方法，将质量分数为3%-8%的氢氧化钠、5%-10%尿素、5%-10%的硫脲溶解于去离子水中，得到氢氧化钠-尿素-硫脲混合液；混合液预冷至负20℃至负10℃，溶解麦草烧碱浆，所得溶液的纤维素质量浓度为3%-8%，所得溶液经去离子水稀释，析出溶解的纤维素，将纤维素离心分离，水洗至中性，干燥后得重生纤维素；将重生纤维素加入到pH值为4-6的缓冲液中，至纤维素的质量浓度为1%-10%，再加入用量为10-50FPU/g的纤维素酶，在30℃-50℃下酶解10-20小时，得到纤维素酶解液。

所述的方法中pH值为4-6的缓冲液是乙酸-乙酸钠缓冲液或柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液或磷酸缓冲液。