[发明专利]一种提高烟秆半纤维素产率及纤维素酶解率的协同预处理方法

说明书

本发明公开了一种提高烟秆半纤维素产率及纤维素酶解率的协同预处理方法，属于生物质全组分分离与转化利用领域，针对的是当前烟草秸秆处理不当所引起的环境污染和工业应用不足所造成的资源浪费以及生物质资源中半纤维素提取率和纤维素酶解效率低下等问题，其包括：1)原料前处理；2)球磨协同碱蒸煮预处理；3)半纤维素提取；4)纤维素转化。本发明利用球磨协同碱蒸煮预处理方法从烟秆中分离出了76％以上的半纤维素组分并使得纤维素的酶解效率从22％提升达到了93％以上；该方法实现了烟秆的高效分离与转化，为其工业化应用提供了一个新途径，同时也促进了烟草加工业的可持续发展。

技术领域

本发明属于生物质全组分分离与转化利用领域，具体涉及一种提高烟秆半纤维素产率及纤维素酶解率的协同预处理方法

背景技术

烟草是一种重要的经济作物和嗜好性消费品，中国是烟草生产大国，烟草生产量约占全球的42％，将烟草加工制成香烟供人享受的同时，作为废弃物留下的烟秆也应受到人们的重视。然而，目前对于烟秆的处理主要还集中在焚烧和丢弃方面。烟秆中含有大量的尼古丁，不能就地还田，因此将烟秆直接丢弃在地里或是燃烧不仅会造成资源的巨大浪费也会对大气、土壤以及微生物等造成负面影响。合理转化和利用烟秆废弃物既可以减少环境污染，加强生物质资源的利用，也可以促进烟草业加工业的可持续性发展。

烟秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大组分构成。其中纤维素是由葡萄糖单位通过β(1→4)糖苷键聚合而成的均一聚糖，可被水解发酵生产燃料乙醇，这也是我国生物质资源利用的一个重要点。半纤维素是自然界中仅次于纤维素含量的最丰富、最廉价的可再生资源之一，具有良好的生物相容性。以半纤维素为原料可以生产一系列的材料和化学品，如水凝胶、薄膜形成剂等。然而，在植物细胞壁中，木质素和半纤维素通过共价键形成了一种异质基质，纤维素微纤丝被包裹在其中，这使得木质纤维素结构复杂，性质稳定、形成了天然抗降解屏障，不仅限制了纤维素的有效水解也限制了半纤维素的分离转化。因此在利用生物质原料时要先对其进行一定的预处理去改变生物质的一些天然特性，如降低纤维素的聚合度和结晶度、增加基制的孔隙度和比表面积、破坏三大素的连接等。

据报道，机械处理尤其是球磨技术能够有效瓦解木质纤维素超分子结构，减小颗粒尺寸，增加基质的空隙度和活性比表面积，减小纤维素的结晶度和聚合度，使得纤维素的酶解性得到很大程度上的改善。此外，球磨技术还具有操作简单，绿色环保的优点，因此它被认为是一种高效清洁的预处理手段。碱蒸煮是一种化学预处理手段，他可以促使半纤维素和木质素之间的醚键断裂，诱导碳水化合物的剥皮反应发生，使纤维素的结晶区发生润涨。因此，球磨协同碱蒸煮预处理既能促使半纤维素和木质素组分从木质纤维素原料中大量脱除也又能提高纤维素的酶解糖化性能。

发明内容

本发明针对当前烟秆处理不当所引起的环境污染和工业应用不足所造成的资源浪费以及生物质资源中半纤维素提取率和纤维素酶解效率低下等问题，提供了一种提高烟秆半纤维素产率及纤维素酶解率的协同预处理方法。该方法采用了球磨协同碱蒸煮技术，有效地提高了半纤维素分离产率及纤维素酶解糖化率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1)原料前处理：将烟秆进行粉碎并筛选，用体积比为2:1的苯醇混合液(甲苯和乙醇)对其进行脱蜡处理，接着将脱蜡后的样品风干，再放到60℃烘箱里进行二次烘干；

2)球磨协同碱蒸煮预处理：称取一定量的绝干脱蜡样品置于球磨罐，用行星球磨仪对其进行球磨处理；将球磨后的样品与碱液混合均匀，在恒温下蒸煮，将蒸煮后的样品用抽滤装置进行固液分离，得到第一固体和第一液体。对第一固体进行纯化，先用水冲洗第一固体直至水变为淡黄色，将冲洗后的水溶液收集起来，接着再用水继续冲洗直至第一固体为中性。纯化结束后，将第一固体冷冻干燥；