[发明专利]一种农林生物质预处理方法

说明书

本发明公开了一种农林生物质预处理方法，属于环保和生物质开发利用领域。本发明将粉碎后的木质纤维素与高沸醇按一定比例混合均匀并浸润，然后将浸润好的混合物送料至螺旋挤压机并挤出，以此达到预处理的目的。本发明将双螺杆挤压与高沸醇预处理有机的结合在一起，优势互补，可以达到以下特点：(1)操作简单，预处理时间短，连续性强；(2)甘油用量少，葡萄糖产率高；(3)能耗低、经济可行性高，易于实现工业化利用。

技术领域

本发明属于环保和生物质开发利用领域，涉及一种农林生物质预处理方法，具体涉及一种高沸醇辅助的农林生物质原料双螺杆挤压预处理强化其可糖化性和可发酵性的方法。

背景技术

木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，是地球上最丰富的可再生生物质资源之一。由它构成的原料中含有大量的碳水化合物，这些碳水化合物具有生产生物质糖糖浆的巨大潜力，从而为通过生化或化学途径生产燃料和化学品建立一个平台。糖化酶解是生产单糖、建立平台的关键一步。然而，富含木质纤维素生物质的植物主要由细胞壁组成，这些细胞壁在其自然状态下是高度抵抗酶解的。此外，生物质中的木质素对水解酶具有很强的不可逆抑制性。基于以上原因，糖化酶解前对木质纤维素原料进行预处理是工业化发展的必然手段。

目前提高生物质酶解糖化率的方法主要有物理法、化学法、物理化学法以及生物法。近年来，对木质纤维素生物质挤出预处理的研究表明该方法对生物质的酶促糖化效果具有显著的改善。与批式预处理系统相比，挤出是一种连续的预处理工艺，具有更高的处理能力且安全环保。然而，在木质纤维素材料的挤压过程中也存在着一些不足，比如因摩擦阻力过大而导致的材料流动特性差、高温水相下设备的强耐压性、添加酸碱催化剂容易腐蚀设备等。

甘油是一种具有纤维素亲和力的高沸点醇。对纤维素进行常压甘油蒸煮预处理时，因甘油的润滑性能强、导热快、组分选择性好等特点可以很好地强化木质纤维素的可糖化性和可发酵性，经它预处理的原料发酵抑制物含量少、可酶解性强。但甘油添加量多、加热蒸煮能耗高是它的缺点。

发明内容

[技术问题]

本发明要解决的技术问题是对木质纤维素生物质进行挤出预处理时摩擦阻力大，采用常压甘油蒸煮时甘油消耗量大、难回收。

[技术方案]

本发明提供一种农林生物质预处理方法，包括以下步骤：

(1)木质纤维素原料的准备：将木质纤维素原料粉碎，木质纤维素原料包括甘蔗渣、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等中的任意一种或几种的混合，粉碎后用真空袋打包保存；

(2)将高沸醇与物料混合浸润：将粉碎后的木质纤维素与高沸醇按一定比例混合均匀并浸润0.25-24h，高沸醇包括：甘油、乙二醇等；

(3)将浸润好的混合物送料至螺旋挤压机并挤出，以此达到预处理的目的；所述螺旋挤压机是双螺杆挤压(出)机。

进一步地，所述步骤(1)中木质纤维素粉碎后的粒径为0.25-10mm，更优选的粒径是0.5-5mm。

进一步地，所述步骤(1)中木质纤维素原料的含水率为3-15％。

进一步地，所述步骤(2)中高沸醇与物料混合浸润时不外加催化剂或添加催化剂。所述催化剂可以是酸、碱、金属盐类催化剂，例如：盐酸、氢氧化钠、氯化锌、溴化锂等。

进一步地，所述步骤(2)中粉碎后的木质纤维素与高沸醇混合时，两者质量比为1:1-1:5。

进一步地，所述步骤(3)中预处理挤出转速为30-90rpm。

进一步地，所述步骤(3)中预处理挤出温度为160-250℃，更优选的是220-240℃。

进一步地，所述步骤(3)中预处理挤出次数为1-5。