本发明专利技术公开一种木质纤维素类生物质高效酶水解的方法。它以木质纤维素类生物质经高温液态水预处理后获得的木质纤维素原料为底物，一定浓度分散于乙酸-乙酸钠缓冲液，再加入非离子表面活性剂和纤维素酶，搅拌物料水解一段时间后，再分二次加入一定量的物料，同时加入非离子表面活性剂和纤维素酶继续水解，获得糖类化合物和木质纤维素残渣。本发明专利技术将高温液态水预处理和分批加料、添加非离子表面活性剂搅拌酶水解工艺耦合，水解效率高，极大地提高了酶水解的木质纤维素原料浓度，浓度达30％。在高浓度的木质纤维素原料的情况下，产糖浓度、水解效率高，在提高酶解原料浓度的同时产出高浓度糖，提高了酶解效率，实现了木质纤维素类生物质的高效酶水解。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物化学及化工领域的木质纤维素水解技术，具体涉及。
技术介绍
随着社会的高度发展，化石燃料的消耗越来越大，由于化石燃料的不可再生性，寻找替代能源成为人们关注的焦点。燃料乙醇由于具有高的辛烷值、清洁及低(X)2排放而倍受青睐。制备乙醇的传统原料来自于玉米、小麦、甘蔗等粮食和糖类作物，生产技术成熟，但存在“与人争粮、与农争地”的问题。利用玉米秸秆、玉米芯、水稻秆等各种作物秸秆、木屑、 树枝等农林废弃物等木质纤维素类生物质制备纤维素乙醇，被称作“第二代燃料乙醇”，其在提高农林废弃物的附加值、降低环境污染，推动农村经济发展等方面有重要意义。纤维素乙醇制备的主流技术包括预处理、酶水解和发酵。这是因为木质纤维素类生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三大组分组成，各组分之间通过化学键连接形成致密的结构，其中纤维素和半纤维素是糖基高分子聚合物，将其通过预处理和纤维素酶水解，获得半纤维素和纤维素中的糖类产物，即可将其发酵制取乙醇。高效获取木质纤维素类生物质中的糖类产物，是纤维乙醇工艺中最关键的技术难点。糖类产物的获取主要来自预处理和酶水解。预处理的目的是降低木质素和半纤维素的含量，降低纤维素的结晶度，增加纤维素酶对预处理后纤维素原料的可及性，同时获得半纤维素中的糖；酶水解是以纤维素酶将预处理后的纤维素原料水解成葡萄糖。目前预处理技术存在的最主要问题是化学法工艺(酸、碱及有机溶剂等)过程往往存在污染，生物法预处理(利用白腐菌等降解木质素)效率低下，导致预处理成本高；酶水解中用到的纤维素酶成本较高，生成的糖类产物浓度较低，导致酶水解效率较低。与其他预处理方式相比，高温液态水处理属物理方法，被誉为绿色预处理工艺，其处理过程中除了水以外无需添加化学试剂，降低了对环境的污染，产生较少量的发酵抑制物，几乎不会对发酵产生负面影响，能将大部分的半纤维素转化为糖类产物，能去除部分木质素，促进了纤维素原料的酶的可及性。但该预处理方法不能大量去除木质素，导致高浓度的预处理物料酶解效率低，产糖浓度不高。以高浓度的原料进行酶水解，对提高产出的糖类产物浓度是非常有效的方法，但当预处理后的木质纤维素固体原料浓度较高时，必然带来黏度大，混合不均勻的问题，也会抑制酶水解的顺利进行。通过中华人民共和国国家知识产权局网站进行专利查询，目前国内有关木质纤维素类生物质经预处理后再酶解的相关专利如下(1)、一种高效预处理木质纤维素的工艺，公开(公告)号CN101736631A ；(2)、将纤维素材料转化成乙醇的方法和设备，公开(公告)号CN101268121A ；(3)、一种生物质绿色高效预处理方法，公开(公告)号CN101586136 ；(4)、一种甘蔗渣高效糖化的方法，公开(公告)号CN101619332A ；(5)、一种高效水解木质纤维素类生物质同时制备多组分糖液及木质素的方法，公开(公告)号:CN101285106A ；(6)、一种使草浆类纤维素高效糖化的方法，公开(公告)号CN101613728A ；专利(1) ( 是有关高温液态水预处理木质纤维素再水解的专利。专利(1)对木质纤维素采取了两步预处理，高温液态水是其中的第一步，第二步是稀酸处理，这有别于本专利技术对木质纤维素的预处理。专利( 虽然也采取了高温液态水预处理，但对预处理后的木质纤维素的处理方式与本专利技术有着本质的区别。专利( 与本专利技术有着一定的相关性，但其侧重点在于提出一种新的预处理工艺，即两步分段变温高温液态水水解工艺，没有涉及后续的酶水解。专利(4) (6)采用的预处理方法是碱处理或酸处理，这与本专利技术有着本质的区别。当然，有关酶水解木质纤维素的相关专利不止这些。由于它们采取的预处理方法和酶水解方法与本专利技术存在本质上的区别，因此不一一罗列。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单、环保、酶水解处理原料浓度高、产糖浓度高和水解效率高的木质纤维素类生物质高效酶水解的方法。本专利技术采用高温液态水预处理方法对木质纤维素类生物质进行预处理后，获得木质纤维素原料，以一定浓度分散于乙酸-乙酸钠缓冲液中，再加入一定比例的非离子表面活性剂和纤维素酶，采取搅拌的物料混合方式水解一段时间后，再分二次向反应体系中加入一定量的物料，同时按一定比例加入非离子表面活性剂和纤维素酶继续水解，获得主要来自于纤维素的糖类化合物和木质纤维素残渣，从而实现在提高酶解原料浓度同时，产出高浓度糖，提高酶解效率的目的。本专利技术的木质纤维素类生物质高效酶水解的方法，其特征在于，包括以下步骤在pH4. 5 4. 8，温度为45 55°C的条件下，起初以质量体积分数为10% 15% g/mL的比率，将木质纤维素类生物质经高温液态水预处理后获得的木质纤维素原料，添加至0. 05 0. IM乙酸-乙酸钠的缓冲溶液中，按10 20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶， 按0. 075 0. 2mL/g木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，水解12 M小时后， 再按起始加入量的一半加入木质纤维素原料，同时按10 20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按0. 075 0. 2mL/g木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，水解36 48小时后，再加入木质纤维素原料，使三次加入的木质纤维素原料的总计质量体积分数为20% 30% g/ml,同时按10 20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按0. 075 0. 2mL/g木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，继续水解到108 120小时，整个水解过程以搅拌的方式混勻物料。所述的木质纤维素类生物质高效酶水解的方法，优选步骤为在PH4.8，温度为 50°C的条件下，起初以质量体积分数为10% g/mL的比率，将木质纤维素类生物质经高温液态水预处理后获得的木质纤维素原料，添加至0. 05M乙酸-乙酸钠的缓冲溶液中，按20FPU/ g纤维素的量加入纤维素酶，按0. 075mL/g木质纤维素原料的比率加入Tween 80，水解M 小时后，再按起始加入量的一半加入木质纤维素原料，按20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按0.075mL/g木质纤维素原料的比率加入Tween 80，水解48小时后，再加入木质纤维素原料，使三次加入的木质纤维素原料的总计质量体积分数为20% g/ml，按20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按0. 075mL/g木质纤维素原料的比率加入Tween 80，继续水解到120 小时，整个水解过程以搅拌的方式混勻物料。所述的将木质纤维素类生物质经高温液态水预处理后获得的木质纤维素原料，优选步骤为将木质纤维素类生物质粉碎至40 60目，按物料干基固液比为1 10 20g/ mL的比率，加水到反应系统中，反应条件为2 4MPa，170 190°C，300 500rpm，15 30min，处理结束后，固液分离，将预处理残渣用水洗净，获得木质纤维素原料。所述的木质纤维素类生物质优选包括甜高粱秆渣、甘蔗渣、玉米秸秆、玉米芯、稻草杆和木屑等农林废弃物和速生能源林等主要成分为半纤维素、纤维素和木质素的木质纤维素类生物质。所述的非离子表面活性剂优选为Tween 80。Tween 80不会对环境造成污染，且对微生物无害。搅拌方式可为磁力搅拌或机械搅拌。以搅拌的方式可以更好的混勻物料，增加酶本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种木质纤维素类生物质高效酶水解的方法，其特征在于，包括以下步骤：在ｐＨ４．５～４．８，温度为４５～５５℃的条件下，起初以质量体积分数为１０％～１５％ｇ／ｍＬ的比率，将木质纤维素类生物质经高温液态水预处理后获得的木质纤维素原料，添加至０．０５～０．１Ｍ乙酸－乙酸钠的缓冲溶液中，按１０～２０ＦＰＵ／ｇ纤维素的量加入纤维素酶，按０．０７５～０．２ｍＬ／ｇ木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，水解１２～２４小时后，再按起始加入量的一半加入木质纤维素原料，同时按１０～２０ＦＰＵ／ｇ纤维素的量加入纤维素酶，按０．０７５～０．２ｍＬ／ｇ木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，水解３６～４８小时后，再加入木质纤维素原料，使三次加入的木质纤维素原料的总计质量体积分数为２０％～３０％ｇ／ｍｌ，同时按１０～２０ＦＰＵ／ｇ纤维素的量加入纤维素酶，按０．０７５～０．２ｍＬ／ｇ木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，继续水解到１０８～１２０小时，整个水解过程以搅拌的方式混匀物料。
【技术特征摘要】
1.一种木质纤维素类生物质高效酶水解的方法，其特征在于，包括以下步骤在pH4. 5 4. 8，温度为45 55°C的条件下，起初以质量体积分数为10% 15% g/ mL的比率，将木质纤维素类生物质经高温液态水预处理后获得的木质纤维素原料，添加至 0. 05 0. IM乙酸-乙酸钠的缓冲溶液中，按10 20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按 0. 075 0. 2mL/g木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，水解12 M小时后，再按起始加入量的一半加入木质纤维素原料，同时按10 20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按0. 075 0. 2mL/g木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，水解36 48小时后，再加入木质纤维素原料，使三次加入的木质纤维素原料的总计质量体积分数为20% 30% g/ml,同时按10 20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按0. 075 0. 2mL/g木质纤维素原料的比率加入非离子表面活性剂，继续水解到108 120小时，整个水解过程以搅拌的方式混勻物料。2.根据权利要求1所述的木质纤维素类生物质高效酶水解的方法，其特征在于，所述的木质纤维素类生物质高效酶水解的方法，步骤为在PH4.8，温度为50°C的条件下，起初以质量体积分数为10% g/mL的比率，将木质纤维素类生物质经高温液态水预处理后获得的木质纤维素原料，添加至0. 05M乙酸-乙酸钠的缓冲溶液中，按20FPU/g纤维素的量加入纤维素酶，按0. 075...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄新姝，袁振宏，王闻，马隆龙，亓伟，谭雪松，王琼，许敬亮，徐惠娟，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：81
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