[发明专利]一种木质纤维素高固酶解的方法

说明书

本发明涉及一种木质纤维素高固酶解的方法，包括步骤(1)选料：选用王棕叶鞘原料，先将其洗净，并切成长度不超过20mm、厚度不超过5mm的薄片，得到王棕叶鞘薄片；步骤(2)NSSC蒸煮；步骤(3)疏解；步骤(4)分级；步骤(5)干燥；步骤(6)酶解：将步骤(5)得到的薄壁组分颗粒、纤维素酶、0.04％四环素、pH4.8柠檬酸缓冲液置于12ml锥形瓶中，密封后置入恒温振荡箱中进行酶解反应；反应条件：温度50℃，转速150rpm，反应时间72h。本发明能够有效解决木质纤维素高固酶解需要干燥的原料，但是干燥引起角质化作用，降低纤维素酶的效率的问题。

技术领域

本发明涉及木质纤维素高固酶解领域，尤其涉及一种木质纤维素高固酶解的方法。

背景技术

纤维素乙醇是新一代可再生清洁能源，在实现碳排放减量目标、替代第一代糖质和淀粉乙醇、维护粮食能源安全等方面一直被寄予厚望[1]。纤维素乙醇的原料以农林木质废弃物为主，一般经过预处理、酶解和发酵三个步骤，生产出乙醇浓度约5％～6％(v/v，约40～48g/L)的发酵液，再经过减压蒸馏和分子筛处理得到体积浓度达到99.5％以上的无水乙醇，用以进一步生产供混配汽油用的燃料乙醇。纤维素乙醇产业化至今仍面临多个技术瓶颈，其中最突出的是高固含量酶解难题。

目前国内外已投入中试的装置和技术，普遍采用第一代乙醇的成熟生产设施和技术，其中蒸馏操作要求发酵液乙醇浓度至少达到40g/L[3]，如果要尽可能地降低减压蒸馏的能量消耗，就需要提升发酵液乙醇浓度至8-10％ (v/v，相当于64-80g/L)。由此反推，酶解液累积的葡萄糖浓度不低于 125-157g/L，相应地，单批次酶解起始固体底料要达到20-40％(w/w，固料/ 水)的固含量。按此条件进行高固酶解，首先要克服流变问题——即酶解底料因黏度过高失去流动性，传质困难，纤维素酶效率降低。Zhang等人从提高原料纤维素含量和改进反应器两方面入手，以溶剂法处理的杨木(纤维素占80％)为底料，在自制的带搅拌反应器中进行20wt％高固含量酶解，48 h后酶解液葡萄糖浓度达到158g/L。华东理工大学鲍杰团队从预处理阶段就采用高固含量条件，开发了干式稀酸预处理技术，从秸秆原料制成了101.1 g/L(或12.8％v/v)超高乙醇浓度发酵液。更多研究者在酶解控制方面进行改进，通过分批进料方式使酶解反应混合物保持低粘度。Elliston等人使用特制的高剪切混合生物反应器，研究了废复印纸分批进料式半同步糖化发(SSSF)，结果分批进料至总底物固含量相当于65％(w/w)，仅需要总酶用量3.7FPU /g底物，就可生产高浓度乙醇(11.6％，v/v)。此外，也有研究团队从酶制剂出发开展研究，如采用不含纤维素结合域(CBM)的热稳定型纤维素酶作催化剂。由此可见，改进原料特性(纤维素含量)、预处理方法、酶解设备、酶解程序、酶制剂都是克服高固条件下流变障碍，实现纤维素高固转化，最终提高产物蒸馏效率的可行途径。

然而，仅解决“流变”问题还不够，“角质化”问题也是造成高固酶解技术难以大规模投产的重要原因。无论是单批次投料，还是分批进料，都必须准备较高干物质浓度的底料，这就需要对预处理后湿料进行压力干燥、风干或者烘干。干燥过程可能导致木质底料颗粒内部孔隙塌陷，称为“角质化”，角质化往往是不可逆的，会显著降低底物对酶的可及性，最终影响纤维素酶解反应的速率和转化率。

发明内容

本发明的目的是提供是一种木质纤维素高固酶解的方法，解决现有木质纤维素高固酶解需要干燥的原料，但是干燥引起角质化作用，降低纤维素酶的效率的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种木质纤维素高固酶解的方法，包括如下步骤：

步骤(1)选料：选用王棕叶鞘原料，先将其洗净，并切成长度不超过20mm、厚度不超过5mm的薄片，得到王棕叶鞘薄片；

步骤(2)NSSC蒸煮：将王棕叶鞘薄片放入蒸煮器，用中性亚硫酸盐蒸煮，液固比4:1；蒸煮时，先升温60min，再保温30min；保温温度为150～170℃；

步骤(3)疏解：将蒸煮后的王棕叶鞘薄片放入疏解器，疏解5000 转；