一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法技术

本发明专利技术公开了一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法，具体为：将待固体有机酸加热至熔融后，加入木质纤维素原料反应，加入水中以终止所述反应；固液分离得到固相产物1和液相产物1，采用有机溶剂洗涤所述固相产物1并得到固相产物2和液相产物2，取所述固相产物2进行酶解处理

【技术实现步骤摘要】
一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法


[0001]本专利技术属于木质纤维素原料资源化利用
，具体涉及一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法
。

技术介绍

[0002]由于不可再生化石燃料不能满足全球日益增长的能源需求，作为化石燃料的替代品，来源广泛
、
廉价
、
可再生的木质纤维素原料如农林生物质废弃物成为一种具有应用前景的绿色原料
。
木质纤维素原料主要由纤维素
、
半纤维素和木质素组成，其中纤维素可以通过酶解糖化制备生物乙醇或发酵产氢，具有巨大的开发潜力
。
[0003]然而木质纤维素结构复杂
。
纤维素以微纤丝的状态存在排列紧密，构成细胞壁的骨架
。
半纤维素分散或包裹在纤维素微束的周围，保护纤维素不受破坏；木质素分布在纤维素和半纤维素的表面，形成保护层
。
纤维素和半纤维素之间以及纤维素分子内部主要靠氢键形成氢键网络，半纤维素和木质素之间主要靠醚键和酯键等连接形成网络结构
。
三者错综复杂地缠绕在一起形成稳定牢靠的整体，导致木质纤维素原料常常表现出抗降解能力和生物顽抗性，使得它们更难以在生物炼制中被进一步利用
。
因此，开发一种快速
、
高效清洁的预处理技术以打破木质纤维坚实的细胞壁结构，对木质纤维素原料的资源化高效利用具有重要意义
。
[0004]目前常见的预处理技术，包括机械研磨
、
挤压疏解
、
碱
/
酸
/
有机溶剂等化学药品催化条件下进行高温
、
蒸汽爆破等预处理方法
。
但是上述方法均有一些缺点，例如反应时间长
、
效率低
、
温度高
、
设备腐蚀严重
、
不够绿色环保等
。
近些年，固体有机酸预处理技术引起了广泛的讨论与关注
。
但目前多将固体有机酸与其他物质形成共熔溶剂或混合液后处理木质纤维素原料，且存在预处理时间长和固体有机酸回收效率低的问题
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提供一种利用固体有机酸预处理木质纤维素原料以提高木质纤维素酶解效率的方法，从而实现农林生物质废弃物的有效增值应用
。
相对于现有预处理技术，本专利技术方法具有高效
(
仅需3‑
5min)、
处理温度低
、
高选择性等优点，是一种理想的绿色氧化预处理的方法
。
[0006]本专利技术的技术方案具体如下：
[0007]一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
待固体有机酸加热至熔融后，加入木质纤维素原料反应，通过加水终止所述反应；
[0009]S2、
固液分离得到固相产物1和液相产物1，采用有机溶剂洗涤所述固相产物1并得到固相产物2和液相产物2，取所述固相产物2进行酶解处理
。
[0010]在本专利技术方法中，直接采用熔融固体有机酸对木质纤维素原料进行预处理，可以在短时间内实现木质素和半纤维素高选择性的去除，进而破除木质纤维素的致密结构，并
提高了木质纤维素的酶解效率；另外，采用加温水的方式终止反应，固体有机酸溶于温水后留在液相产物中，通过降温即可回收固体有机酸
。
[0011]在本专利技术方法中，所述木质纤维素原料为主要成分是纤维素
、
半纤维素和木质素的原料，包括但不限于为水稻秸秆
、
小麦秸秆
、
玉米秸秆
、
玉米芯
、
木材
、
烟杆
、
蔗渣
、
竹子等农林生物质废弃物
。
[0012]进一步地，在上述方法中，步骤
S1
所述固体有机酸为草酸二水合物或对甲苯磺酸一水合物，且将所述固体有机酸加热至
100
‑
120℃。
[0013]更进一步地，在步骤
S1
的反应体系中，木质纤维素原料与固体有机酸的质量比可以为
1∶10
‑
50
，反应时间为1‑
15min。
可以理解的是，将木质纤维素原料粉碎后再采用固体有机酸处理，效果更佳
。
本专利技术的若干实施例表明，将
40
‑
60
目的木质纤维素原料与熔融的草酸二水合物或甲苯磺酸一水合物反应3‑
5min
后，对木质素的去除率可达到
70
％以上，对半纤维素的脱除率则高达
95
～
97
％
。
[0014]进一步地，在上述方法中，步骤
S2
所述有机溶剂应为木质素良性溶剂，以便于洗涤除去固相产物上附着的木质素；所述有机溶剂包括但不限于为甲醇
、
乙醇和丙酮等
。
[0015]进一步地，在上述方法中，步骤
S2
所述酶解处理的方式为：将固相产物2分散于水中后加入纤维素酶，于
pH
＝
4.6
‑
7.0、45
‑
50℃
的条件下进行酶解，其中纤维素酶的使用量为
15
‑
50FPU/g
固相产物
2。
[0016]更进一步地，可采用
pH
＝
4.6
‑
7.0
的缓冲水溶液分散所述固相产物2，且该固相产物在酶解体系中的质量浓度优选为2‑
10
％
。
[0017]更进一步地，步骤
S2
酶解的时间为
24
‑
72h。
[0018]进一步地，在上述方法中，步骤
S1
中通过加水终止反应的方式具体为：向反应后的体系中加入纯水或水溶液，且水与所述固体有机酸的质量比为2‑
20∶1
，纯水或水溶液的温度为
30
‑
80℃。
[0019]进一步地，在上述方法中，还包括以下步骤：
[0020]S3、
将所述液相产物1和所述液相产物2混合得到混合液，加热所述混合液以除去所述有机溶剂，并通过固液分离回收木质素；待所述混合液冷却后，通过固液分离回收所述固体有机酸并得到液相产物3，所述液相产物3为富含半纤维素的溶液
。
[0021]更进一步，步骤
S3
所得的液相产物3可用于终止步骤
S1
的反应，以便于减少浪费，也利于半纤维素在液相产物中富集，进而便于半纤维素的分离纯化
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
待固体有机酸加热至熔融后，加入木质纤维素原料反应，加入水中以终止所述反应；
S2、
固液分离得到固相产物1和液相产物1，采用有机溶剂洗涤所述固相产物1并得到固相产物2和液相产物2，取所述固相产物2进行酶解处理
。2.
根据权利要求1所述一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法，其特征在于，所述固体有机酸为草酸二水合物和
/
或对甲苯磺酸一水合物，且所述熔融的温度为
100
‑
120℃。3.
根据权利要求1所述一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法，其特征在于，所述木质纤维素原料包括水稻秸秆
、
小麦秸秆
、
玉米秸秆
、
玉米芯
、
木材
、
烟杆
、
蔗渣
、
竹子
。4.
根据权利要求1所述一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法，其特征在于，在步骤
S1
中，所述木质纤维素原料与所述固体有机酸的质量比为
1∶10
‑
50
，所述反应的时间为1‑
15min。5.
根据权利要求1所述一种木质纤维素原料高效预处理及酶解糖化的方法，其特征在于，所述有机溶剂为木质素良性溶剂，所述有机溶剂包括甲醇
、
乙醇和丙酮
。6.
根据权利要求1所述一种木质纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：江军刚，王磊，付佳乐，安妮，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：