本发明专利技术公开了一种碱性盐结合双氧水预处理非木材纤维原料的方法，属于再生能源技术领域。按照下述步骤进行：将非木材纤维原料浸泡在混合溶剂中，底物浓度5～20g/L，在50～120℃处理1～6h，反应结束后加0.5～2倍体积的去离子水室温搅拌10～30min再生纤维素原料，固体残渣用水洗涤，即完成预处理过程。预处理后的固体回收率在40%～80%之间，木质素去除率在20%～90%之间，纤维素保留率75%～95%之间，半纤维素保留率70～90%之间。该预处理方法有效的去除木质素，大量的保留纤维素和半纤维素，从而提高酶水解糖化效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于再生能源
技术介绍
能源安全和温室气体排放问题使得以非石油资源作为替代能源日益引起世界各国的重视。生物质能源是一种合适的环境友好且可再生的替代能源。目前生产的生物乙醇主要以淀粉和糖类为原料，因此对其可持续性一直有相当多的争论。在这种情况下，木质纤维素生物质因其不与粮争地和价格优廉等优势成为了替代淀粉乙醇的一个值得关注的选择。利用木质纤维素原料生产纤维素乙醇已得到大家公认。但是由于我国木材资源有限，所以非木材木质纤维素原料尤其是农业废弃物及食品加工厂废料得到了很大的关注。木质纤维素原料主要由三种相互关联的不同类型的聚合物(即纤维素，半纤维素和木质素)组成。纤维素完全水解可得到葡萄糖，葡萄糖经发酵可转化成酒精。在植物组织中，纤维素与半纤维素、纤维素与木质素分子之间主要通过氢键结合，半纤维素与木质素之间的连接除了氢键外，还存在醚键、酯键等化学键，形成一种天然屏障包裹着纤维素，使其很难被微生物或催化剂直接水解释放出可发酵的单糖。通过预处理可以破坏非木材木质纤维素原料结构，降低纤维素的结晶度，脱除或分离部分木质素和半纤维素，从而增加非木材木质纤维素原料表面的孔隙度、松散度，提高催化剂或酶对纤维素的可及性，从而提高酶水解糖化效率，提高乙醇得率。目前，常用的预处理技术可以归纳为四类，即物理、化学、物理-化学和生物预处理，或者是这些方法的组合使用。化学法预处理主要指用氧化剂、有机溶剂、无机酸、碱、盐等作为预处理催化剂。碱法预处理是由于半纤维素与木质素分子之间的酯键发生皂化作用，随着酯键的减少，部分木质素溶解于反应液中，木质纤维素原料的空隙率增加，纤维素得到润胀、结晶度降低，增加其比表面积，从而提高酶水解效率，常用的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氨水等。氧化剂预处理可以有效的分解木质素和溶解大量的半纤维素，从而提高纤维素的可及性，常用的氧化剂是双氧水和过氧乙酸。本课题组发现利用碱性盐结合双氧水作为预处理试剂，可以有效的去除非木材木质纤维素原料中木质素和部分半纤维素，降低纤维素的聚合度和结晶度，从而提高其酶水解效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种适用于非木材纤维原料的提高酶水解糖化效率的预处理方法。通过本专利技术预处理的方法，可使大量的高聚糖保留的前提下，合理地去除部分木质素和灰分，从而有效提高其后续的酶水解糖化效率，有效地降低非木材纤维原料生产生物能源的预处理成本。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下: ，按照下述步骤进行:将非木材纤维原料浸泡在混合溶剂中(质量分数5?20%碱性盐和质量分数I?10%的双氧水)，底物浓度5?20g/L，在50?120°C处理I?6h，反应结束后加0.5?2倍体积的去离子水室温搅拌10?30min再生纤维素原料，固体残渣用水洗涤，即完成预处理过程。其中，所述的非木材纤维原料为玉米秸杆、稻草、麦杆、春笋皮、甘蔗渣、芒草、竹叶。优选来源最为广泛、价格最低廉的玉米秸杆、甘蔗渣或春笋皮等农业加工即食品加工剩余物。其中，所述的碱性盐主要是磷酸钠、碳酸钠、硫化钠、亚氯酸钠。其中，将非木材纤维与混合溶剂混合后，底物浓度5?20g/L，更高或更低的液固比在理论上是可行的，但是液固比过高或过低的都会引起生产成本的增加或操作上的不便。优选的范围是5?10g/L。 其中，所述的混合溶剂为质量分数5?20%碱性盐和质量分数I?10%双氧水，更高的溶剂溶度在理论上是可行的，但较高的浓度将增加生产成本。优选的范围是碱性盐质量分数5?15%和双氧水质量分数I?5%。其中，预处理加热方式可采用油浴或蒸汽加热，预处理温度一般为50?120°C，预处理时间一般为I?6h，过高或过低的处理温度以及过长或过短的处理时间都将导致预处理均匀性差或预处理效率过低。处理温度与处理时间有关，一般高温需要时间短，低温需要较长的反应时间。优选的是，预处理温度80?120°C，预处理时间I?3h。其中，反应结束后加0.5?2倍体积的去离子水室温搅拌10?30min再生纤维素原料，过多或过少的水在理论上是可行的，但是其会降低解吸效果或增加生产成本。优选的是，等体积。非木材纤维原料经本专利技术的预处理方法加工后，呈现以下特性: (I)预处理后非木材纤维原料固体回收率在40%?80%之间。(2)预处理后非木材纤维原料的木质素去除率在20%?90%之间。(3)预处理后非木材纤维原料的纤维素保留率在75%?95%之间。(4)预处理后非木材纤维原料的半纤维素保留率在50?90%之间。非木材纤维原料经过上述预处理方法处理之后，可直接进行酶水解糖化，即直接采用复合酶在50°C、pH4.8醋酸-醋酸钠缓冲液下水解72h，得到各种单糖。其中，所述的复合酶为纤维素酶、木聚糖酶和β -葡萄糖苷酶的混合物。三种酶单位体积的酶活比为纤维素酶:木聚糖酶:β -葡萄糖苷酶=IFPU:1FXU: 2CBU (FPU即纤维素酶的滤纸酶活单位，FXU是木聚糖酶的酶活单位，CBU是β -葡萄糖苷酶的酶活单位)。其中，FPU、FXU和CBU分别为: (I)FPU即纤维素酶的滤纸酶活单位，一个FPU单位表示以l*6cm (50mg)滤纸为底物，纤维素酶在PH4.8、温度50°C下，Imin内产生I μπιο?葡萄糖所需的酶量。(2) FXU是木聚糖酶的酶活单位，一个FXU单位表示以木聚糖为底物，木聚糖酶在ρΗ4.8、温度50°C下，Imin内产生I μπιο?木糖所需的酶量。(3) CBU是β -葡萄糖苷酶的酶活单位，一个CBU单位是指以纤维二糖为底物，β -葡萄糖苷酶在ΡΗ4.8、温度50°C下，Imin内产生I μπιο?葡萄糖所需的酶量。其中，复合酶优选用量为10?30FPU/ ( g底物)。通过上述预处理方法及复合酶水解方法，非木材纤维原料的酶水解还原糖得率在40%?90%之间，优化后的还原糖得率超过70%。本专利技术的优点 本专利技术的预处理方法可以利用非木材纤维原料生产包括纤维素乙醇、生物柴油在内的生物质能源，同时该预处理方法也适用于各种以糖类为基础原料的化工生产。所述的预处理方法可以利用农业废弃物及食品加工厂废料为原料，利用现有成熟的设备与装置就能实现工业化生产。这种预处理方法可减轻环境和能源压力，又可创造经济价值。【附图说明】图1为春笋皮磷酸钠预处理温度对固体回收率和预处理pH的影响。图2为春笋皮磷酸钠预处理碱浓度固体回收率和预处理pH的影响。图3为春笋皮不同温度当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碱性盐结合双氧水预处理非木材纤维原料的方法，其特征在于按照下述步骤进行：将非木材纤维原料浸泡在混合溶剂中，底物浓度5～20g/L，在50～120℃处理1～6h，反应结束后加0.5～2倍体积的去离子水室温搅拌10～30min再生纤维素原料，固体残渣用水洗涤，即完成预处理过程。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卿青，周琳琳，黄美子，张跃，何玉财，王利群，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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