[发明专利]一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法

说明书

本发明公开了通过组合预处理促进木屑酶解的方法，采用酸处理方法结合碱处理方法对杨木木屑进行高效组合预处理。该方法具体包括：(1)以杨木木屑为原料，酸处理制备得到低聚木糖；(2)再以步骤(1)产生的酸处理杨木木屑为原料进行碱预处理后，预处理杨木木屑纤维素酶水解得率大幅提高。在所述的(2)碱处理步骤中，添加聚乙二醇缩水甘油醚辅助处理，有效减弱酶水解过程中木质素对纤维素酶的非特异性吸附，有利于促进纤维素酶水解的进行。试验结果表明，与现有研究结果相比，本专利的酶水解得率显著提高，达到83.48％。同时，本发明方法实现了低聚木糖的联产，为杨木木屑的综合利用提供了新途径。

技术领域

本发明涉及木屑预处理及酶解，具体涉及一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法。

背景技术

随着人类社会对化石资源需求的日益增长和过度开采，地球上化石资源不可避免地面临着枯竭殆尽的命运。木质纤维原料是地球上最为丰富的可再生资源，它通过植物的光合作用将太阳能捕捉并以聚合物的形式储存起来。利用工业生物技术将木质纤维原料转化为可替代能源及化学品等是缓解化石资源短缺的重要途径之一。木质纤维原料主要包括阔叶材、针叶材、能源作物、农作物秸秆、农林废弃物以及城市纤维垃圾等。杨树是我国重要的经济树种，目前已形成从育种、培育、加工利用和家具生产的完整产业链。据不完全统计，我国杨木人工林种植面积已达800万公顷以上，其种植面积和蓄积量均居世界首位。由此带动了我国杨木加工产业的迅猛发展，因此产生的杨木加工木屑总量也极为可观。然而，目前这些杨木木屑利用率较低，主要用于农民家庭染料，少部分用于刨花板生产、制浆造纸和食用菌基料。因此，在能源制约及环境污染的大背景下，以杨木木屑为原料，通过工业生物技术，将其转化为能源或化学品具有重要的意义。

杨木木屑中的纤维素在纤维素酶催化下可降解成单糖，继而被不同微生物发酵成各种能源或化学品。然而，与其它木质纤维原料一样，杨木木屑中纤维素、半纤维素和木质素形成致密的结构，不利于纤维素酶对纤维素的作用。因此，木质纤维原料在进行纤维素酶水解前必须进行预处理，从而破坏木质纤维素的致密结构，以达到提高酶水解效率的目的。常用的预处理方法有稀酸预处理、蒸汽爆破预处理、碱法预处理、水热预处理等。在稀酸预处理过程中，原料中半纤维素大量水解，使得纤维素可及性提高，大大增强了原料纤维素酶水解性能。碱法处理则有效断裂酯键或醚键，从而有利于木质素的溶出。然而，不同种类木质纤维原料的结构差异性导致同样的预处理方法往往呈现出不同的预处理效果。前期研究结果表明，采用常规的稀酸法处理草本原料，如玉米秸秆，可实现预处理玉米秸秆的高效纤维素酶水解。然而，针对于木本原料，即使提高稀酸预处理强度，其稀酸预处理杨木木屑的纤维素酶水解得率仍处于较低水平。同样，前期研究结果表明，聚乙二醇二缩水甘油醚辅助低温碱处理玉米秸秆，使得玉米秸秆木质素在碱预处理过程中实现木质素原位接枝修饰，从而降低木质素疏水性，缓解木质素对纤维素酶的无效吸附，显著提高纤维素酶水解得率。然而，对于杨木木屑，聚乙二醇二缩水甘油醚辅助的低温碱处理无法破除致密结构。如果提高预处理温度或预处理碱用量，则往往使得木本原料中纤维素或半纤维素的回收率显著下降。因此，为提高杨木木屑的纤维素酶水解性能，建立杨木木屑的高效预处理策略成为亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：为了解决现有木屑预处理效果差、酶解得率低的问题，本发明提供了一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法。

技术方案：本发明所述一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法，包括以下步骤：

(1)使用酸性水溶液对木屑进行酸预处理，固液分离得到含低聚木糖的酸性水溶液和滤渣；

(2)使用碱性水溶液对步骤(1)得到的滤渣进行碱预处理，所述碱性水溶液中添加聚乙二醇缩水甘油醚；碱处理结束后固液分离得到富含纤维素的物料；

(3)使用纤维素酶酶解步骤(2)得到的富含纤维素的物料，得到葡萄糖。

优选地，所述木屑为杨木木屑。