一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理的工艺，包括以下步骤：S1：将秸秆类木质纤维素生物质与含氨水和无机铵盐的预处理液于双螺杆设备中处理；S2：将步骤S1所得物料进行保温反应，固液分离后，获得含综纤维的固体纤维和含木质素的黑液。本发明专利技术的预处理液为氨水与无机铵盐复配构成，在预处理操作过程中，可有效切除木质素与综纤维素间的物理化学键，提高了在温和条件下木质素的脱除率，并避免了常规高温高压蒸煮条件下木质素的缩聚，提取出结构保存完整的木质素组分；同时，纤维素和半纤维素的保留率也较高。素和半纤维素的保留率也较高。素和半纤维素的保留率也较高。

【技术实现步骤摘要】
一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理的工艺


[0001]本专利技术涉及生物化工与生物能源领域，具体涉及一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理的工艺，以及一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理制备乳酸的工艺。

技术介绍

[0002]随着全球化石能源的枯竭，且化石能源的使用会释放温室气体、有毒物质和标准污染物，从而导致环境污染和不利的气候变化影响。因此，开发可再生、可持续的绿色资源迫在眉睫。
[0003]木质纤维素生物质作为地球上最为丰富的可再生资源，其构成主要为纤维素、半纤维素、木质素以及少量其他次要成分共同组成。其中，纤维素和半纤维素可降解为单糖组分为乳酸发酵提供碳源，有效降低以石油衍生的化学品制造的环境污染问题，以及减少以粮食作物(如水稻、木薯或高粱)中的淀粉发酵带来的成本和与人争粮问题。但由愈创木基、紫丁香基和对羟基苯基亚基组成的木质素，通过C
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O、C
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C和H键以及范德华力相连接，形成顽固、结晶的三维结构抵抗微生物的消化作用。通过预处理技术可有效破坏木质纤维素自身复杂和顽固的结构，从而能够实现木质纤维素的高效利用。
[0004]预处理木质纤维素生物质的技术主要包括物理、化学和生物预处理等。如中国专利技术申请CN105296329A公开了一种利用微波
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稀酸汽爆对木质纤维素类物料进行连续预处理的装置及方法，但该方法在预处理过程中存在高温高压，能耗成本增加，同时对设备耐酸耐压要求较高；中国专利技术申请CN110760552A公开了一种提高木质纤维素糖化效率的预处理方法，但该方法预处理周期长，生产成本高，工艺复杂；中国专利技术申请CN103993053A公开了一种水和氨耦合预处理生物质的方法，但该方法能源消耗高且工艺不连续；中国专利技术申请CN103255659A公开了氨联合稀碱常压处理木质纤维素类生物质的方法，但该方法化学试剂用量较大，同时产生大量的高盐废水，未对脱除的木质素组分进行回收，与绿色化学的理念相悖。而机械强化氨法预处理可有效脱除木质素组分，摆脱传统间歇式反应体系，降低预处理过程的能源消耗。同时，常温常压条件下可有效降低预处理过程中副产物的产生以及降低设备要求。
[0005]因此，开发经济、高效、绿色和连续化的预处理方法仍然是木质纤维素转化技术面临的关键挑战。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于秸秆类木质纤维素生物质的双螺杆预处理工艺以解决以往预处理过程中导致糖降解成副产物，影响糖化产率并产生微生物发酵抑制剂以及高温高压苛刻条件下木质素的聚合难题，为后续酶解糖化发酵生产L
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乳酸提供良好的生物基底物。
[0007]本专利技术还要解决的技术问题是提供一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理制备乳酸的工艺。
[0008]为了解决上述第一个技术问题，本专利技术公开了一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理的工艺，包括以下步骤：
[0009]S1：将秸秆类木质纤维素生物质与含氨水和无机铵盐的预处理液于双螺杆设备中处理；
[0010]S2：将步骤S1所得物料进行保温反应，固液分离后，获得含综纤维的固体纤维和含胺化木质素的黑液。
[0011]步骤S1中，所述秸秆类木质纤维素生物质包括但不限于小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、甘蔗渣、玉米芯、柳枝稷、芦苇和油菜中的任意一种或几种组合。
[0012]步骤S1中，所述秸秆类木质纤维素生物质的粒径为3
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5cm。
[0013]步骤S1中，所述预处理液为含5％～30％w/w氨水、0.1％～2％w/w无机铵盐的水溶液，优选为含20％～30％w/w氨水、0.5％～1.5％w/w无机铵盐的水溶液，进一步优选为含25％w/w氨水、1％w/w无机铵盐的水溶液。
[0014]步骤S1中，所述无机铵盐为磷酸氢氨钠、碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵和氯化铵中的任意一种或几种组合，优选为磷酸氢氨钠。
[0015]步骤S1中，所述预处理液用量为干燥秸秆类木质纤维素生物质质量的2～10倍。
[0016]步骤S1中，所述双螺杆设备的处理参数为：螺杆转速100～300r/min，优选为200r/min；喂料速度15～25kg/h，优选为20kg/h。
[0017]步骤S2中，所述保温反应的温度为80～140℃。
[0018]步骤S2中，所述保温反应的时间为0.5～5h。
[0019]其中，通过上述工艺，所述固定组分中纤维素的保留率为65％以上，所述固定组分中半纤维素的保留率为65％以上，所述黑液中木质素的含量为50％以上。
[0020]为了解决上述第二个技术问题，本专利技术公开了一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理制备乳酸的工艺，以秸秆类木质纤维素生物质经机械强化氨法预处理的工艺所得的固体纤维的酶解物为发酵产乳酸过程中发酵培养基的碳源。
[0021]其中，所述发酵培养基中碳源的制备方法包括以下步骤：
[0022]S1：将秸秆类木质纤维素生物质与含氨水和无机铵盐的预处理液于双螺杆设备中处理；
[0023]S2：将步骤S1所得物料进行保温反应，固液分离后，获得含综纤维的固体纤维和含胺化木质素的黑液；
[0024]S3：于缓冲溶液中，将步骤S2所得固体纤维经里氏木霉纤维素酶和木聚糖酶酶解，固液分离，所得上清液作为发酵产L
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乳酸的发酵培养基中的碳源。
[0025]步骤S1中，所述秸秆类木质纤维素生物质包括但不限于小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、甘蔗渣、玉米芯、柳枝稷、芦苇和油菜中的任意一种或几种组合。
[0026]步骤S1中，所述秸秆类木质纤维素生物质的粒径为3
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5cm。
[0027]步骤S1中，所述预处理液为含5％～30％w/w氨水、1％～20％w/w无机铵盐的水溶液，优选为含20％～30％w/w氨水、5％～15％w/w无机铵盐的水溶液，进一步优选为含25％w/w氨水、10％w/w无机铵盐的水溶液。
[0028]步骤S1中，所述无机铵盐为磷酸氢氨钠、碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵和氯化铵中的任意一种或几种组合，优选为磷酸氢氨钠。
[0029]步骤S1中，所述预处理液用量为干燥秸秆类木质纤维素生物质质量的2～10倍。
[0030]步骤S1中，所述双螺杆设备的处理参数为：螺杆转速100～300r/min，优选为200r/min；喂料速度15～25kg/h，优选为20kg/h。
[0031]步骤S2中，所述保温反应的温度为80～140℃。
[0032]步骤S2中，所述保温反应的时间为0.5～5h。
[0033]步骤S3中，所述缓冲液为5mM柠檬酸钠缓冲液。
[0034]步骤S3中，所述里氏木霉纤维素酶的添加量为10～30FPU/g固体纤维，优选为20FPU/g固体纤维。
[0035]步骤S3中，所述木聚糖酶的添加量为40～60IU/g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种秸秆类生物质经机械强化氨法预处理的工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1：将秸秆类木质纤维素生物质与含氨水和无机铵盐的预处理液于双螺杆设备中处理；S2：将步骤S1所得物料进行保温反应，固液分离后，获得含综纤维的固体纤维和含木质素的黑液。2.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，步骤S1中，所述秸秆类木质纤维素生物质为小麦秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、甘蔗渣、玉米芯、柳枝稷、芦苇和油菜中的任意一种或几种组合。3.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，步骤S1中，所述秸秆类木质纤维素生物质的粒径为3
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5cm。4.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，步骤S1中，所述预处理液为含5％～30％w/w氨水、0.1％～2％w/w无机铵盐的水溶液。5.根据权利要求1所述工艺，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晨杰，曹玉连，应汉杰，胡瑞佳，庄伟，李明，杨朋朋，吴菁岚，欧阳平凯，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：