一种木质纤维原料耦合酶解糖化的方法，主要步骤为：１）将粉碎的木质纤维原料进行初级预处理，通过稀酸或水热处理把半纤维素水解成单糖或低聚糖溶液；２）对步骤１的溶液进行固液分离，过滤残渣，分别得到水解糖液和过滤残渣；３）把过滤后的残渣进行苛性钠法、硫酸盐法或亚硫酸盐法蒸煮脱木素；４）将步骤３蒸煮得到的不溶于反应溶液的纤维素产物过滤后同步骤２收集的水解糖液混合，调节ｐＨ＝３－７，加入纤维素酶、木聚糖酶及纤维二糖酶水解，得到可发酵糖。本发明专利技术既减少了一步处理（酸或碱）过程所需要的中和步骤，也提高了木质纤维原料的利用率（还原糖得率）。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源化工领域，具体地涉及一种木质纤维原料分级预处理方法及耦合酶解糖化工艺。
技术介绍
随着石化资源的日趋紧张，以生物资源，特别是农林废弃物玉米秸秆、稻草、麦草、 甘蔗渣、木材等木质纤维原料生物转化为液体燃料的开发利用成为研究热点。这些废弃物 生物转化为乙醇、丁醇、生物柴油等可再生的液体燃料，不仅可以解决环境污染问题，还能 缓解日益紧张的能源危机和减少温室效应气体的排放量，对于创建可持续发展的循环经济 模式具有重要意义。 纤维素类生物质转化为生物液体燃料的一个关键步骤是木质纤维原料转化为可 发酵糖的过程。可是至今，预处理糖化过程单元的成本一直居高不下，成为阻碍其向商业化 发展的障碍。木质纤维原料的紧密结构形成其对外界强的抵抗能力是纤维素难以水解糖 化的根源所在，也就是说，破坏生物质的结构束缚，使纤维素及半纤维成分水解成单糖的过 程，成为木质纤维原料生物转化过程的关键。 现阶段木质纤维原料水解糖化过程主要有两种方法， 一种是酸水解， 一种是酶水 解。酸水解工艺由于自身的原因降低生产成本的可能性较小，而绿色的酶水解过程越来越 引起人们的关注，但木质纤维原料酶水解之前需要对其进行预处理，以提高反应过程酶对 纤维的可及度。 目前对木质纤维的预处理方法主要有物理法、化学法、生物法等。物理法主要是指 对生物质原料进行机械粉碎，其主要方式有干法粉碎、湿法粉碎、振动球磨碾磨等。机械粉 碎处理后，木质素和半纤维素与纤维素的结合层被破坏，半纤维素、纤维素的聚合度降低， 纤维素的结晶结构被改变，提高了原料的比表面积和反应活性，但能耗较高，且粉碎产生的 无定形态非常不稳定，容易重新结晶化，使其应用受到限制。化学法主要有酸处理、碱处理、 氧化处理及有机溶剂溶解等，其中酸、碱处理是最普遍的预处理方式。酸处理与酸水解糖化 工艺过程类似，存在腐蚀性强、有发酵抑制物生成的问题，处理后的残酸在发酵前一定要进 行回收或中和，费时且能耗大。碱处理能够除去大部分木质素和降低纤维素结晶度，但同时 半纤维素也被分解，致使损失太多，并且发酵之前，需要大量的酸中和，增加了运行的困难 性。 综上所述，物理粉碎预处理方法虽然简单，但能耗太高。单纯采用酸或碱预处理木 质纤维原料，不仅需要附加繁琐的中和过程，纤维成分也不能得到充分利用，导致预处理糖 化过程成本过高，所以提供有效的木质纤维素预处理方法及酶水解糖工艺对于实现木质纤 维素转化为生物液体燃料的工业化生产具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺点，提出一种新的木质纤维原料分级预3处理方法及耦合酶解糖化工艺，以达到纤维成分的充分利用。 为实现上述目的，本专利技术对原料采取分级预处理及耦合酶解糖化的方法，具体步 骤如下 (1)首先将粉碎到0. 2cm-l. 5cm的木质纤维原料，在硫酸、盐酸、磷酸或热水中进 行初步水解；反应条件为酸的浓度大于0而小于或等于8%，固液比1 : 3-1 : IO，温度为 120°C -24(TC，升温时间1-2小时(h)，保温时间20min-3h ; (2)完成初步水解后进行固液分离，用适量水冲洗(或不洗)过滤残渣，分别收集 水解糖液和过滤残渣； (3)把过滤后的残渣进行苛性钠法、硫酸盐法或亚硫酸盐法蒸煮脱木素。其中苛 性钠法NaOH用量(相对绝干原料的重量)为8-16% ;硫酸盐法NaOH用量为6%-11 %， Na2S用量为1. 5% _3%;亚硫酸盐法中的亚硫酸盐是化2503、0^03或1%503中的一种，其用 量为3%-12%， NaoH用量为6%-15%。另外，反应的固液比l : 3-1 : 10 ;处理温度为 140°C _180°C ;升温时间l-2h、保温时间20min-3h。 为了减轻二级处理过程中碱对纤维素的降解作用，提高总还原糖的得率，在蒸煮 脱木素的过程可以添加硼氢化钠、蒽醌及其衍生物作为蒸煮催化剂，强化对碳水化合物的 保护； (4)将蒸煮得到的不溶于反应溶液的纤维素产物过滤后，同步骤2收集的水解糖液混合，调节pH = 3-7，在酶反应体系中水解。体系中含有纤维素酶活150-340U/g，木聚糖酶活300-750U/g，纤维二糖酶活200-600U/g，水解温度40-55。C，反应时间40_72h。 (5)得到主要含有葡萄糖、木糖的可发酵糖液，经净化、浓縮后进行后续的生物转化制取乙醇、丁醇或生物柴油等液体燃料。 相对已有技术，本专利技术具有如下优点 1)初级预处理能够在较温和的条件下把半纤维水解成单糖或低聚戊糖，减少对后 续有抑制作用的糠醛、甲酸等的生成量； 2)初级处理溶出大部分半纤维素，使木质纤维原料的结构更疏松，为后续的碱蒸 煮过程药液的渗透打开了通道，也加快了脱除木素的速率和百分率，木质素的大比例溶出， 可以减少酶的使用量，并且提高酶解得率。 3)初级水解糖液的回收及与纤维素产物的混合酶解，不仅可以起到预处理过程的 中和作用，还能把水解液中的低聚戊糖继续水解为单糖，提高可发酵糖的得率。 4)碱处理过程溶出的木质素以盐的形式存在，经沉淀或浓縮后可得到较纯的碱木 质素，用于生产表面活性剂或其它化学品。具体实施例方式下面结合实例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。 实施例1 木质纤维原料为青岛玉米秸秆，其纤维素含量38. 8 % ，半纤维素含量31. 1 % ，木 质素含量21. 2%，其余为灰分和蜡质等。将粉碎到小于0. 5cm的玉米秸秆100g(绝干)，加 入1^的硫酸900ml，反应温度125。C，升温时间lh，保温20min ;冷却到90°C以下，过滤水解溶液，并用200ml水洗涤滤渣，回收水解糖液及水洗液；把滤渣中加入13g氢氧化钠(分 析纯)，补加210g水，使液固比为1 : 7，在155t:蒸煮20min，升温时间1.5h ;完成碱蒸煮 后，固液分离，液体部分为含有碱木质素的黑液。然后把二级处理后的纤维素残渣和一级 水解的糖液混合，控制底物浓度10X，通过加入氢氧化钠调节pH值二 4. 8，并加入纤维素酶 300FPU/g、纤维二糖酶500U/g和木聚糖酶400U/g，在5(TC恒温水浴下反应48h，总还原糖浓 度达到104. 5g/L，酶解得率91. 2% (对底物而言，以下未做说明均为对底物而言)。 另取二级处理后的纤维素残渣，加去离子水和稀硫酸调节纤维浓度10%， pH = 4. 8，并加入与上面相同用量的纤维素酶、纤维二糖酶和木聚糖酶，同样在5(TC恒温水浴下 反应48h，总还原糖浓度为77. 8g/L，酶解得率92. 3% 。 酸碱二级处理后的玉米秸秆的酶解得率达到了 91%以上，并且通过回收半纤维素 水解糖使酶解后的糖浓度提高了 34. 3%。 实施例2 木质纤维原料为河北玉米秸秆，其纤维素含量36. 5 % ，半纤维素含量29. 5 % ，木 质素含量19. 6%，其余为灰分和蜡质等。将粉碎的玉米秸秆100g(绝干)，加入2%的盐 酸900ml，反应温度128°C ，升温时间lh，保温20min ;冷却到90°C以下，过滤水解溶液，并用 400ml水洗涤滤渣，回收水解糖液及水洗液；把滤渣中加入6g氢氧化钠(分析纯)及5. 3g 亚硫酸钠本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种木质纤维原料耦合酶解糖化的方法，主要步骤如下： １）将粉碎的木质纤维原料进行初级预处理，通过稀酸或水热处理把半纤维素水解成单糖或低聚糖溶液； ２）对步骤１的溶液进行固液分离，过滤残渣，分别得到水解糖液和过滤残渣； ３）把过滤后的残渣进行苛性钠法、硫酸盐法或亚硫酸盐法蒸煮脱木素； ４）将步骤３蒸煮得到的不溶于反应溶液的纤维素产物过滤后同步骤２收集的水解糖液混合，调节ｐＨ＝３－７，加入纤维素酶、木聚糖酶及纤维二糖酶水解，得到可发酵糖。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王海松，牟新东，刘超，孙伟，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]
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