一种通过预处理提高木质纤维素生物质可酶解性的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过预处理提高木质纤维素生物质可酶解性的方法，属于木质纤维素类生物质生化工程领域。本发明专利技术方法包括：将木质纤维素类生物质原料、氢氧化钠、醌类化合物、甘油在反应器中混合，并机械拌匀；开始升温，并以一定转速进行机械搅拌，待升至200～280℃后继续蒸煮10min～40min；反应结束后，冷却20～60min并加入一定量的水并继续机械搅拌，搅拌均匀后，过滤得到滤饼Ⅰ和滤液Ⅰ；将滤饼Ⅰ用一定量的水洗涤1～3次，得到基质Ⅰ，25～80℃干燥后，干燥处保存备用。本发明专利技术提供的方法使得碱催化甘油预处理所使用的温度明显降低，缩短了处理时间，提高了和酶解率。提高了和酶解率。

【技术实现步骤摘要】
一种通过预处理提高木质纤维素生物质可酶解性的方法


[0001]本专利技术涉及一种通过预处理提高木质纤维素生物质可酶解性的方法，属于木质纤维素类生物质生化工程领域。

技术介绍

[0002]木质纤维素主要含碳水化合物聚合物(纤维素、半纤维素)和木质素三种成分，是地球上唯一种可再生且含量最丰富的生物质资源，主要包括木材和木材废弃物、农作物及其废弃副产物，如甘蔗渣、秸秆、谷壳等)及各种能源植物和城市固体废弃物等。其中碳水化合物是生物精炼的重要原料，而木质素可作为制备吸附剂、絮凝剂、聚氨酯等产品的绿色原料。可见，将碳水化合物与木质素进行分离是高效利用木质纤维素的前提。
[0003]纤维素微纤丝构成木质纤维素细胞壁的“骨架”，周围由半纤维素和木质素相交联，木质素外部与(半)纤维素链内/间通过氢键连接，内部除氢键外还与(半)纤维素通过共价键形成稳定的木质素
‑
碳水化合物复合体，三者互相交织、结构复杂，这导致了木质纤维素类生物质的顽抗性。因此，寻找合适的预处理方法进行碳水化合物与木质素的分离是开发利用木质纤维素类生物质资源的重点和难点。研究表明，常压甘油有机溶剂预处理(AGOP)可以有效的分离碳水化合物与木质素，且在后续的生物精炼中不产生发酵抑制物，分离出的木质素具有更好的生物活性。其中，使用碱催化可以使AGOP的效果明显提升，碱催化AGOP可脱除15％半纤维素和80％木质素，使预处理后甘蔗渣纤维素、半纤维素和木质素含量分别为54％、34％和8％。但碳水化合物与木质素的分离效果尚有待提高。
[0004]醌类化合物具有降低木质素分解活化能，抑制碳水化合物剥皮反应的作用。基于此，本专利技术提出醌类化合物
‑
碱催化甘油预处理的方法，实现木质素和碳水化合物的高效分离。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种通过预处理提高木质纤维素生物质可酶解性的方法，包括如下步骤：
[0006](1)将木质纤维素类生物质原料、氢氧化钠、醌类化合物、甘油在反应器中混合，并机械拌匀；
[0007](2)开始升温，并以一定转速进行机械搅拌，待升至200～280℃后继续蒸煮10min～40min；
[0008](3)反应结束后，冷却20～60min并加入一定量的水并继续机械搅拌，搅拌均匀后，过滤得到滤饼Ⅰ和滤液Ⅰ；
[0009](4)将滤饼Ⅰ用一定量的水洗涤1～3次，得到基质Ⅰ，25～80℃干燥后，干燥处保存备用。
[0010]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)中，木质纤维素类生物质原料包括木材和木材废弃物，如速生桉、速生杨、椴木等；农作物及其废弃副产物，如，甘蔗渣、秸秆、谷壳
等。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)中，氢氧化钠的浓度为0.1％～0.2％(浴比1：10
‑
1：20，质量分数，下文同)。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)中，所述醌类化合物包括蒽醌、丹蒽醌、分散蒽醌、改性蒽醌、蒽氢醌、二氢蒽醌、二氢二羟基蒽醌、四氢蒽醌、2
‑
羟基蒽醌、2
‑
硝基蒽醌、1
‑
甲基蒽醌、2
‑
甲基蒽醌、2,7
‑
二甲基蒽醌、1
‑
甲氧基蒽醌、2
‑
氨基蒽醌、蒽醌
‑2‑
磺酸钠、萘醌、2
‑
蒽醌
‑
羧酸、1,4
‑
二氢
‑
9,10
‑
二羟基蒽二钠中的一种或几种。
[0013]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)中，所述醌类化合物加入量为总底物质量的0.1％～0.2％，其中，总底物包括木质纤维素类生物质原料、氢氧化钠和甘油。
[0014]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(1)中，甘油按1:8～1:15的浴比添加。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(2)中，机械搅拌的转速为180～220rpm。
[0016]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(3)中，水的使用量为木质纤维素类生物质原料的10～15倍；机械搅拌的转速为180～220rpm。
[0017]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(4)中，每次水的使用量为木质纤维素类生物质原料的15～20倍。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤(4)中，所得到滤饼Ⅰ的成分主要为纤维素和半纤维素。
[0019]本专利技术还提供了上述方法木质纤维素在酶解领域中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术方法加入了醌类化合物后，使得碱催化甘油预处理所使用的温度明显降低，可以降低20
‑
30℃，且明显缩短了处理时间，最短可缩至10
‑
20min，同时提高了纤维素/半纤维素得率，酶解率较未加入醌类化合物的体系高5％
‑
10％。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0023]实施例1
[0024]将10g甘蔗渣、0.1％氢氧化钠、140g甘油、0.1％蒽醌装入500mL直口三孔烧瓶后，机械搅拌混匀。将烧瓶放入加热套中加热，械搅拌速度设定为220r/min，待温度升至215℃后保温10min。蒸煮结束后，停止加热，冷却30min后缓缓加入150mL自来水并继续机械搅拌，待基质搅拌均匀后用G1砂芯漏斗过滤，得到滤饼Ⅰ和滤液Ⅰ。用200mL自来水洗涤滤饼Ⅰ两次，得到固体基质Ⅰ，在60℃烘箱将其烘干至恒重，常温干燥处保存备用。实验结果见表1。
[0025]对比例1
[0026]将10g甘蔗渣、0.1％氢氧化钠、140g甘油装入500mL直口三孔烧瓶后，机械搅拌混匀。将烧瓶放入加热套中加热，械搅拌速度设定为220r/min，待温度升至245℃后保温20min。蒸煮结束后，停止加热，冷却30min后缓缓加入150mL自来水并继续机械搅拌，待基质搅拌均匀后用G1砂芯漏斗过滤，得到滤饼Ⅰ和滤液Ⅰ。用200mL自来水洗涤滤饼Ⅰ两次，得到固
体基质Ⅰ，在60℃烘箱将其烘干至恒重，常温干燥处保存备用。实验结果见表1。
[0027]实施例2
[0028]将10g甘蔗渣、0.1％氢氧化钠、140g甘油、0.1％的丹蒽醌装入500mL直口三孔烧瓶后，机械搅拌混匀。将烧瓶放入加热套中加热，械搅拌速度设定为220r/min，待温度升至220℃后保温15min。蒸煮结束后，停止加热，冷却30min后缓缓加入150mL自来水并继续机械搅拌，待基质搅拌均匀后用G1砂芯漏斗过滤，得到滤饼Ⅰ和滤液Ⅰ。用200mL自来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过预处理提高木质纤维素生物质可酶解性的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将木质纤维素类生物质原料、氢氧化钠、醌类化合物、甘油在反应器中混合，并机械拌匀；(2)开始升温，并以一定转速进行机械搅拌，待升至200～280℃后继续蒸煮10min～40min；(3)反应结束后，冷却20～60min并加入一定量的水并继续机械搅拌，搅拌均匀后，过滤得到滤饼Ⅰ和滤液Ⅰ；(4)将滤饼Ⅰ用一定量的水洗涤1～3次，得到基质Ⅰ，25～80℃干燥后，干燥处保存备用。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，木质纤维素类生物质原料、农作物及其废弃副产物或各种能源植物和城市固体废弃物的任一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氢氧化钠的浓度为0.1％～0.2％。4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述醌类化合物包括蒽醌、丹蒽醌、分散蒽醌、改性蒽醌、蒽氢醌、二氢蒽醌、二氢二羟基蒽醌、四氢蒽醌、2
‑
羟基蒽醌、2
‑
硝基蒽醌、1
‑
甲基蒽醌、2
‑
甲基蒽醌、2,7
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙付保，孟超然，宋国杰，王晨，胡芸，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：