[发明专利]一种绿色高效预处理提高木质纤维素酶解糖化效率的方法

说明书

本发明涉及木质纤维素的预处理技术领域，具体涉及一种利用熔融盐水合物预处理提高木质纤维素酶解糖化效率的方法。本发明主要包括利用熔融盐水合物反应体系处理去抽提物的木质纤维素原料，达到松散纤维并提高纤维素酶可及度的预处理效果；固液分离的滤渣在纤维素复合酶作用下水解，滤液回收用于再次预处理。本发明在无任何催化剂的条件下，经简单、温和预处理可快速提升木质纤维素的酶解糖化效率，且溶剂可循环利用，成本低廉，整个过程绿色环保、操作简便，在实际应用中具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于木质纤维生物质预处理技术领域，具体涉及一种熔融盐水合物绿色高效处理木质纤维素以提高其酶解糖化效率的方法。

背景技术

由于不可再生化石燃料的短缺及其对环境产生的巨大负面影响，迫使人类寻找替代化石燃料的可再生能源。木质纤维素原料是从林木、草类和农作物等中获得的新一代非粮食生物质资源，是世界上最丰富和低成本的生物质来源。其中，木质纤维素中的碳水化合物可以水解/解聚成可发酵单糖，然后通过适当的工艺转化成乙醇。

目前，生物质催化降解作为一种有效转化半纤维素和纤维素为可发酵糖的方法，其通常需要在高温条件以及催化剂存在条件下进行，存在产物选择性差、重复性差、对设备以及操作要求高等缺点。而生物酶法水解转化碳水化合物为可发酵糖工艺温和，是现在工业化生产普遍采用一种工艺。

由于木质纤维生物质自身的致密性结构以及纤维素、半纤维素和木质素间复杂结构的存在，木质纤维素具备天然的抗降解屏障，从而导致碳水化合物向可发酵单糖的转化率低，限制了木质纤维素生物质向燃料乙醇的转化。因此，木质纤维生物质资源在利用前首先需要打破其原有的致密性结构，降低抗降解屏障。目前，打破细胞壁抗降解屏障的最有效措施是预处理，而预处理过程的绿色环保、温和、高效对木质纤维素的酶解糖化具有重要意义。

在现有的常规化学预处理方法中，有关研究表明，稀酸预处理时，会产生大量的抑制物，如糠醛、5-羟甲基糠醛、乳酸等，且木质素结构可能会发生重排再次聚集到纤维素表面，这些现象会抑制纤维素酶与纤维素接触，对其酶解糖化效率产生负面影响(Bioresour.Technol.2008,99,3817-3828)，且溶剂废水的排放或处理势必会带来环境污染或高成本的问题。随着绿色溶剂的发展，离子液体(ILs)作为一种新型的绿色溶剂对木质纤维素有很好的润胀作用，但其高成本、对水敏感、回收和再利用困难等问题对研究效果的重现性有十分显著的影响。低共熔溶剂(DESs)作为一类新型离子液体或离子液体类似物，需在酸性条件下对木质纤维素进行分离，且实现预处理高效分离的条件一般高于120℃，4h。水热预处理尽管避免了酸碱废水排放带来的环境污染问题，但更高的反应温度对设备提出了更高的要求。因此，开发一种绿色环保、温和高效的预处理方法是满足下游产业规模化生产的关键。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于成本低廉、绿色环保且可再次回收利用的溶剂体系提高预处理后木质纤维素的酶解糖化效率的方法，该方法具有对设备要求低、操作简单、可高效提高酶解糖化效率等优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于熔融盐水合物绿色高效提高木质纤维素酶解糖化效率的预处理方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将木质纤维素原料破碎至60-80目粒径，用甲苯-乙醇溶液进行抽提，恒温烘干去抽提物原料；

步骤(2)、称取一定量步骤(1)中去抽提物原料，按一定的固液比加入到熔融盐水合物体系中；在50-90℃的温度条件下，以300-500rpm的搅拌速度反应0.5-3.0h后，置于冰水浴中终止反应；

步骤(3)、对步骤(2)中冷却后的反应液进行固液分离，将分离得到的木质纤维素滤渣用去离子水清洗脱盐至洗液检测不到熔融盐组分，得到熔融盐水合物预处理的木质纤维素残渣。