生物质原料的预处理方法技术

一种生物质原料预处理的方法，该方法的步骤包括：采用纳米粉碎机将玉米叶子和秸秆粉碎到粒径范围为１０－２０μｍ，使得其中的纤维素晶体暴露出表面，使得其能够进行直接水解，且水解效率达９６％，与用磷酸丙酮拆分法拆分后的样品的水解效率相同。本发明专利技术的方法可代替其他需要化学试剂的预处理方法，且减少成本和环境污染，是一种有前途的利用木质纤维素生产生物能源或有用化学品的原料预处理技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物清洁能源领域的预处理方法，具体涉及一种生物质原料 的预处理方法。
技术介绍
目前，能够直接分解木质素和半纤维素的微生物作用速度很慢，生物质原料 中的纤维素不能得到有效的利用。纤维素酶也不能直接作用于秸秆，不能直接水 解，需要用物理和化学等方法来分离拆分或者直接降解木质素和半纤维素(Lloyd TA, Wyman CE， Biores Technol, 2005(96): 1967—1977; Teymouri F， Laureano-Perez L, Alizadeh H, Dale BE, Biores Technol, 2005(96): 2014—2018; Kim S, Holtzapple MT， Biores Technol, 2005(96): 1994—2006; Pan XJ, Neil G., John K, Biotechnol Bioeng, 2006， 94(5): 851-861)，包括酸法、碱法、有机溶剂、高温高压等手段来 预处理，这是目前生物质发酵生产乙醇或其他有用化学品的关键之一。酸法可以 破坏木质素-纤维素-半纤维素间的氢键，将半纤维素水解成单糖，但是也会将木 质素降解成"有毒物质"，副产物复杂，对后续的发酵产生很强的抑制作用；碱 法可以去除木质素，但是废水污染严重；氨纤维爆破法、蒸汽爆破法等对设备的 要求高、成本大。经对现有技术文献的检索发现，最近文献报道磷酸丙酮拆分法能将木质素、 纤维素和半纤维素拆分开(Zhang Y-HP, Ding SY, Jonathan RM, Biotechnol Bioeng, 2007,97(2): 214-223)，使用该磷酸丙酮拆分法得到的糖回收率为96%，且不产 生抑制作用，但浓酸环境需要的设备成本昂贵，对环境的污染较大。因此，目前 急需寻找一种廉价、无环境污染、不需要高压高温条件的、也无需浓酸浓碱的预 处理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种生物质原料的预处理方 法。本专利技术的方法使用纳米粉碎机将生物质原料粉碎成粒径范围为10-20)im的颗粒，使得其中的纤维素晶体直接暴露出来，有利于直接酶解，使得原料得到充 分利用。本专利技术的处理方法可代替任何需要化学试剂的预处理方法，且粉碎后的直接水解效率达％%，即可减少成本又可舍去化学试剂的利用而免于对环境产生 污染。本专利技术是通过以下技术方案实现的第一步、样品的粉碎用粉碎机将样品粉碎成不同粒度范围的颗粒，粉碎后 用目筛筛出需要的不同尺寸范围的样品；将已过20目筛的部分样品用超声波纳 米粉碎机粉碎成粒径范围为10到20|am的颗粒；第二步、样品的酶解酶解前先用柠檬酸缓冲液浸泡需要进行酶解的样品，然后添加纤维素酶和(3-葡糖苷酶，酶解24到48小时。 所述第一步中粉碎机的粉碎时间为10到20分钟。 所述第二步中柠檬酸缓冲液的浓度为0.1mol/L、 pH值为4.8。 所述第二步中柠檬酸缓冲液的浸泡时间为1小时。所述第二步中纤维素酶和(3-葡糖苷酶的添加量均为每lg生物质中添加 0.5mL。所述第二步中的纤维素酶和P-葡糖苷酶的酶解条件是温度为5(TC、转速 为100到150rpm。本专利技术将玉米叶子和秸秆用搅拌机粉碎成不同粒度范围的颗粒，将已过20 目筛的部分样品用纳米粉碎机粉碎成粒径范围为10-20|am的颗粒，粉碎过程中 直接将木质素-半纤维素多聚体外壳打开，露出包裹在里面的纤维素晶体颗粒， 有利于纤维素酶的直接水解；然后加入柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液浸泡样品再加酶 于50 'C、 150rpm进行酶解。样品酶解后的糖回收率与
技术介绍
中用磷酸丙酮拆 分法拆分后的糖回收率相同，达96%，同时本专利技术的方法克服了
技术介绍
中，副 产物复杂、对后续的发酵产生很强的抑制作用、废水污染严重、对设备的要求高、 成本大等缺陷，可以直接显露出纤维素晶体，有利于纤维素酶的水解，且不产生 抑制微生物发酵的次生物质，是一种无污染而且高效的预处理方法，为燃料乙醇 和生物质来源化学品的商业化生产提供了一种新的途径。附图说明图1本专利技术所涉及到的玉米秸秆的各个部分在整株秸秆中的所占的比例图2本专利技术所涉及到的玉米秸秆的各个部分的颗粒分布图。图3样品直接水解与经过拆分后再水解得到的糖回收率的比较图。图4样品经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图，其中图4A样品L7-20mm经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图4B样品La2-o.9,经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图;图4C样品L40-70,经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图4D样品I^-20^经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图4E样品S7-2C经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图4F样品So.2-0.9,经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图4G样品S40-70^经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图4H样品Su)-2—经过拆分和酶解后的形态以及纤维素晶体的扫描电镜图。图5样品S40—70^和SK)-20^未经拆分和水解前其原样中就己出现了纤维素晶 体的扫描电镜图，其中图5A样品S格7一的扫描电镜图5B样品S 的扫描电镜图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于 下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件， 或按照制造厂商所建议的条件。实施例l:样品的确定本实施例使用的是购于华东理工大学国家重点实验室的玉米秸秆。将整株玉 米秸秆分为秸秆、玉米、叶子、穗子、壳皮、须六部分，每部分含量所占比例如 图1所示。其中秸秆和叶子所占比例最大，故本实施例采用叶子和秸秆为材料 进行处理与比较。实施例2:样品的粉碎将叶子和秸秆部分分别用粉碎机粉碎，过20mm、 7mm、 0.9mm、 0.2mm、 0.074mm、 0.04mm筛，将过0.9mm筛的部分样品用超声波气流纳米粉碎机粉碎， 收集四个梯度8个样品7-20mm(L7-20mm ， 。7-20mm )、0.2-0.9mm (L0.2-o.9， S0.2-o.9)、 40-7(Vm (L格7o陴，S格鄭m)、经纳米粉碎机粉碎后的样品10-2(Vm (L1()-2^m，Sl0-20ntn) °实施例3:样品粒度分布的分析将其中样品范围为40-70)im和经过纳米粉碎机粉碎(购于上海华力索菲科 技有限公司)后的样品，粒径范围为10-20pm，用激光粒度测定仪测定粒度分布， 测定结果如图2所示。实施例4:样品的酶解以原样品直接酶解(而不经过任何处理)作为对照，与样品经过磷酸丙酮拆 分后再酶解(预处理后)作比较。酶解前先用0.1M pH4.8柠檬酸缓冲液 (V/m=10:l)浸泡lh，然后添加纤维素酶和p-葡糖苷酶，添加量均为0.5mL/g 生物质，酶解条件为50 。C， 150rpm， 48h。酶解后得到的水解效率见图3所示。可以看到样品L^20^和SK)-20^不经拆分直接酶解后的水解效率与用磷酸丙酮拆分法拆分后的样品的糖回收率相同。这表明用纳米粉碎机粉碎后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质原料的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：　第一步、样品的粉碎：用粉碎机将样品粉碎成不同粒度范围的颗粒，粉碎后用目筛筛出需要的不同尺寸范围的样品；将已过２０目筛的部分样品用超声波纳米粉碎机粉碎成粒径范围为１０到２０μｍ的颗粒；第二步、样品的酶解：酶解前先用柠檬酸缓冲液浸泡需要进行酶解的样品，然后添加纤维素酶和β－葡糖苷酶，酶解２４到４８小时。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟建江，陈文群，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]