一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法技术

本发明专利技术属于生物质能源技术领域，具体是一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法。一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法，包括如下步骤：原料前处理、机械活化处理、木质素洗脱和纤维素糖化。本发明专利技术的方法可改变木质素性质，降低其对纤维素酶的无效吸附；破坏木质纤维结构，降低纤维素结晶度，提高木质纤维的化学反应活性和酶对纤维素的可及性，本方法具有不需要高温高压，酶解时间短，能耗低，对设备无腐蚀，不产生对后续发酵阶段有毒害作用物质等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源
，具体是一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法。
技术介绍
化石燃料有不可再生、燃烧导致环境污染等缺点，生物乙醇是理想的化石燃料替代品。木质纤维原料可用于生物乙醇生产。但是因为木质纤维原料由纤维素、半纤维素和木质素组成，结构致密，高结晶度，纤维素糖化酶难以作用于未经预处理的木质纤维原料。使用木质纤维原料生产生物乙醇需要经过：降低木质素含量、改变木质素性质、破坏木质纤维致密结构、降低纤维素结晶度、增加糖化酶对纤维素和半纤维素的可及性为目标的预处理过程。目前，对木质纤维进行活化预处理的主要方法有：(1)物理法。主要采用机械粉碎、微波、超声波、高能电子辐射等对木质纤维进行处理，这些方法可使原料结构松散，结晶区中分子间氢键断裂，结晶度降低，从而提高木质纤维的化学反应活性或糖化活性；(2)化学法。主要采用无机酸、碱和有机溶剂对木质纤维进行预处理，使纤维素、半纤维素和木质素吸胀并破坏其结晶性，促进纤维素的溶解、降解，提高其可及度；(3)物理-化学法。主要综合物理法和化学法的长处，弥补其不足，如蒸汽预处理、热解预处理和蒸爆预处理等；(4)生物法。生物法预处理技术就是利用某些微生物对木质纤维素进行预处理，达到提高木质纤维素反应活性的效果；(5)组合处理法。主要综合两种或两种以上的不同预处理方法，取长补短，以期达到理想的预处理效果。总体上看，以上方法各有优势，但也有一定的局限性，如机械粉碎处理方法简单，但能耗高；微波、超声波等处理时间短，操作简单，但设备费用较高，并且难以进行大规模工业化生产；化学法是常用的较为有效的方法，但存在着试剂的回收、中和、洗涤问题,降解过程损失相当数量的纤维素。有机溶剂虽然易于回收，但又存在腐蚀和毒性等问题的限制，并且耗费大量化工原料，造成环境污染，难以获得规模化生产的实用价值；蒸汽爆破法的优点是能耗低，可以间歇也可以连续操作，但蒸汽爆破操作涉及高压装备，投资成本较高。连续蒸汽爆破的处理量较间歇式蒸汽爆破法有所增加，但是装置更复杂，投资成本大为增加；生物法预处理技术具有能耗低，无污染，条件温和等优点，但同时又存在处理时间长而造成的生产周期长，且菌体会利用部分纤维素与半纤维素，使原料的水解得率降低等不足，因而距实现大型工业化生产还有一定距离；组合法可综合不同预处理方法的优点，但如果仅是简单的效果叠加，不仅没有优势，而且会造成整个流程过长，处理成本增加。因此，寻找绿色、经济、简单的预处理技术便成为许多研究者的追求目标。机械活化是指固体物质在受到摩擦、碰撞、冲击、剪切等强机械力的作用时，可破坏天然高分子聚合物的高稳定性有序结构，使其颗粒粒度减小，比表面积增大，结晶度降低，分子内和分子间的氢键产生大量的活性羟基，进而显著提高木质纤维素的反应活性。机械活化法缺点是能耗高，无法消除木质素对纤维素酶的无效吸附，单独机械活化效果不佳。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料糖化方法，加入氢氧化钙与机械活化协同固相强化作用于木质纤维原料(碱皂化木质素与半纤维素之间的酯键)，改变木质素性质从而降低其对纤维素酶的无效吸附，降低结晶度，提高酶对纤维素的可及性。本方法具有不需要高温高压，酶解时间短，能耗低，对设备无腐蚀，不产生对后续发酵阶段有毒害作用物质，氢氧化钙价格低廉易得等优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术手段：一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法，包括如下步骤：(1)原料前处理：先除去木质纤维原料中的杂质，干燥至含水量5-30％；粉碎至40-100目，得到处理好的木质纤维原料；(2)机械活化处理：将前处理好的木质纤维原料与碱置于球磨机中，在恒温20-80℃下，转速为100-500rpm，球磨30-90min后，球料分离，得到活化后的木质纤维素粉末；(3)木质素洗脱：将活化后的木质纤维素粉末放入清洗器中，用酸中和难溶的碱后，用水洗脱，得到洗脱后的木质纤维原料；(4)糖化：将洗脱后的木质纤维原料中加水，用硫酸调节pH值，加入纤维素酶进行糖化，即得到木质纤维原料糖化液。作为优选，步骤(2)中碱的用量占木质纤维原料重量的1-20％。作为优选，所述的木质纤维原料为甘蔗渣或木薯酒糟。作为优选，所述的碱为氢氧化钙。作为优选，步骤(3)中所述的酸为HCl或HNO3。作为优选，步骤(4)中所述糖化的条件为：纤维素酶的用量8-20FPU/g底物；糖化时间10-40h；糖化温度25-55℃；糖化pH 4.0-6.0。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：1.本专利技术的方法加入氢氧化钙与机械活化固相协同强化作用于木质纤维原料，氢氧化钙皂化木质素与半纤维素之间的酯键，改变木质素性质、降低其对纤维素酶的无效吸附，降低纤维素的结晶度，提高木质纤维原料的化学反应活性和酶对纤维素的可及性，而且本方法可减少纤维素酶用量，降低预处理成本，可缩短酶解糖化时间，缩短生产周期。2.本专利技术的方法具有固相强化，反应体积小的优点，可减轻后续处理压力。3.本专利技术的方法具有不需要高温高压，不腐蚀设备等优点。不产生对后续发酵阶段有毒害作用的甲酸、糠醛、5-羟甲基糠醛等抑制物。4.本专利技术用到氢氧化钙相较于其它碱廉价易得，可降低生产成本。5.本专利技术分别研究机械活化固相单独作用、氢氧化钙固相单独作用、机械活化和氢氧化钙固相协同作用对木质纤维原料的物理化学性质和糖化性能的影响规律，弄清氢氧化钙作用下机械活化对纤维素的作用方式和原理，达到缩短预处理时间并有效提高纤维素可及度和糖化活性的目的。这将进一步丰富木质纤维原料预处理技术的理论知识，对促进木质纤维原料的深度开发利用有着十分深远的意义。6.本专利技术的方法也可为其它生物质资源的开发利用提供基础数据和理论基础，这不仅有很高的学术价值和技术指导意义，而且具有重要的社会和经济效益。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术作进一步详细的阐述，但本专利技术的实施方式并不局限于实施例表示的范围。实施例1：一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法，包括如下步骤：(1)原料前处理：先除去木质纤维原料中的杂质，干燥至含水量5％；粉碎至40目，得到处理好的木质纤维原料；所述的木质纤维原料为甘蔗渣；(2)机械活化处理：将前处理好的木质纤维原料与碱置于球磨机中，在恒温20℃下，转速为100rpm，球磨30min后，球料分离，得到活化后的木质纤维素粉末；碱的用量占木质纤维原料重量的1％；所述的碱为氢氧化钙；(3)木质素洗脱：将活化后的木质纤维素粉末放入清洗器中，用酸中和难溶的氢氧化钙后，再用水洗脱，得到洗脱后的木质纤维原料；所述的酸为HCl；(4)糖化：将洗脱后的木质纤维原料中加水，用硫酸调节pH值，加入纤维素酶进行糖化，即得到木质纤维原料糖化液；所述糖化的条件为：纤维素酶的用量8FPU/g底物；糖化时间10h；糖化温度25℃；糖化pH 4.0。实施例2：一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法，包括如下步骤：(1)原料前处理：先除去木质纤维原料中的杂质，干燥至含水量30％；粉碎至100目，得到处理好的木质纤维原料；所述的木质纤维原料为甘蔗渣；(2)机械活化处理：将前处理好的木质纤维原料与碱置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)原料前处理：先除去木质纤维原料中的杂质，干燥至含水量5‑30％；粉碎至40‑100目，得到处理好的木质纤维原料；(2)机械活化处理：将前处理好的木质纤维原料与碱置于球磨机中，在恒温20‑80℃下，转速为100‑500rpm，球磨30‑90min后，球料分离，得到活化后的木质纤维素粉末；(3)木质素洗脱：将活化后的木质纤维素粉末放入清洗器中，用酸中和难溶的碱后，再用水洗脱，得到洗脱后的木质纤维原料；(4)糖化：将洗脱后的木质纤维原料中加水，用硫酸调节pH值，加入纤维素酶进行糖化，即得到木质纤维原料糖化液。

【技术特征摘要】
1.一种机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料的糖化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)原料前处理：先除去木质纤维原料中的杂质，干燥至含水量5-30％；粉碎至40-100目，得到处理好的木质纤维原料；(2)机械活化处理：将前处理好的木质纤维原料与碱置于球磨机中，在恒温20-80℃下，转速为100-500rpm，球磨30-90min后，球料分离，得到活化后的木质纤维素粉末；(3)木质素洗脱：将活化后的木质纤维素粉末放入清洗器中，用酸中和难溶的碱后，再用水洗脱，得到洗脱后的木质纤维原料；(4)糖化：将洗脱后的木质纤维原料中加水，用硫酸调节pH值，加入纤维素酶进行糖化，即得到木质纤维原料糖化液。2.根据权利要求1所述的机械活化协同氢氧化钙固相强化木质纤维原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梅，张燕娟，黄祖强，伍娟，覃杏珍，沈芳，冯振飞，黄爱民，胡华宇，覃宇奔，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45