CN109337937A - 一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括步骤如下：首先，原材料经过粉碎、过筛后，用四氢糠醇在一定条件下预处理一定时间后过滤，滤渣经洗涤、烘干后进行酶解发酵试验，本发明首次采用可由生物质为原料转化而来的四氢糠醇作为生物质预处理的新型溶剂，缩短了生物质预处理的时间，提高了生物质酶解发酵的效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物质预处理技术领域，具体涉及一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法。
背景技术
随着经济的迅速发展，人类对能源的需求量日益增加，由于石化资源带来的温室效应及其自身的储量有限、不可再生等弊端，长此以往的消耗，必然将会引起世界范围的能源危机。而生物质能作为新兴的可再生能源，其储量非常丰富，用它来替代石化资源，是解决今后人类环境、资源和能源问题的必然手段。
木质纤维素主要是由纤维素、半纤维和木质素组成，其中纤维素是由β-D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成的链状多晶型聚合物，水解产生的葡萄糖可以发酵产生乙醇。虽然木质纤维生物质一直被认为是糖化发酵生产制备生物燃料和其他化学品的可持续资源，但是在没有经过处理之前的纤维素的转化率非常低，主要原因就是其生物及化学结构的复杂性。首先植物细胞壁通常是由纤维素纤丝和缠裹在它周围的半纤维素、木质素和较低含量的果胶组成的层状物质，纤维素主要组成细胞壁的结构框架，而半纤维素和木质素则充当纤维素空隙间的“填充剂”和“粘合剂”。其次在纤维素、半纤维素、木质素之间相互存在的化学键。其中最为典型的就是纤维素和半纤维素之间的氢键联接，木质素与半纤维素之间通过醚键、缩醛键、酯键、碳-碳键等化学键的连接从而形成的木素-碳水化合物复合体(LCC)。这些复杂的结构是木质纤维素酶解效率提升的主要障碍。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，有效的弥补了现有技术存在的缺陷。
本发明公开了一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法。主要是利用四氢糠醇在一定条件下打破木质纤维素本身复杂的交联结构，破坏木质素和半纤维之间的化学键，脱除木质素和半纤维素，从而增加纤维素酶与纤维素的结合位点，提升纤维素酶的酶解效率。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
将生物质原料粉碎、过筛，用四氢糠醇在一定条件下预处理一定时间后，过滤，滤渣经碱浸泡、洗涤、抽滤、烘干后进行酶解发酵。
优选的，所述生物质原料为农作物秸秆、草本植物、能源植物中的一种或多种。
优选的，所述农作物秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、豆秸、高粱、甜高粱中的一种或多种，所述草本植物为苜蓿或皇竹草，所述能源植物为芒草、柳枝稷、速生柳中的一种或多种。
优选的，所述生物质原料粉碎后粒径为20-100目。
优选的，所述四氢糠醇处理的时间为30-60min，处理温度为100-180℃，固液比为4％-15％。
优选的，烘干所用温度为30-50℃。
优选的，酶解发酵包括如下步骤：按8％底物浓度、30FPU/g底物质量的纤维素酶浓度在50℃条件下进行24h预水解，然后与纤维素酶等质量的耐高温活性干酵母，在42℃条件下酶解发酵3-6天。
优选的，利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，在酶解产糖，生产燃料乙醇、丁醇、丁二酸，固态发酵基质，动物饲料，厌氧发酵中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明的目的是利用四氢糠醇对生物质进行预处理，使木质纤维素脱除木质素和半纤维素，增加纤维素酶与纤维素的结合位点，提升纤维素酶的酶解效率。
本发明中预处理目的包括将预处理后的原料用于酶解产糖，将预处理后的原料用于生产燃料乙醇，丁醇，丁二酸等液体燃料或化工产品，将预处理后的原料用于固态发酵基质，将预处理后的原料用于生产动物饲料，将预处理后的基质用于厌氧发酵。
此外，本发明具有以下特点和优势：
1、处理条件温和，操作方便；2、处理时间短，大大缩短实验周期，提升了处理效率，处理量也可根据反应容器自行灵活调整；3、四氢糠醇可由生物质为原料进行生产。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
玉米叶经过粉碎晒干粉碎后过2mm筛，取25g作为生物质预处理的原材料，按10％的固液比加入250ml四氢糠醇，反应温度为160℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干。然后对烘干样进行酶解发酵实验。
经分析，酶解效率达到59.53％，乙醇转化率为53.58％。
实施例2：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
玉米杆经过粉碎晒干粉碎后过2mm筛，取25g作为生物质预处理的原材料，按10％的固液比加入250ml四氢糠醇，反应温度为120℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干。然后对烘干样进行酶解发酵实验。
经分析，酶解效率达到49.25％，乙醇转化率为44.32％。
实施例3：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
玉米棒经过粉碎晒干粉碎后过2mm筛，取20g作为生物质预处理的原材料，按8％的固液比加入250ml四氢糠醇，反应温度为140℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干。然后对烘干样进行酶解发酵实验。
经分析，酶解效率达到45.63％，乙醇转化率为41.07％。
实施例4：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
水稻秸杆经过粉碎晒干粉碎后过2mm筛，取20g作为生物质预处理的原材料，按8％的固液比加入250ml四氢糠醇，反应温度为120℃，反应时间为60min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干。然后对烘干样进行酶解发酵实验。
经分析，酶解效率达到51.21％，乙醇转化率为46.10％。
实施例5：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
皇竹草经过粉碎晒干粉碎后过20目筛，取20g作为生物质预处理的原材料，按4％的固液比加入250ml四氢糠醇，反应温度为180℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干，然后在50℃的条件下烘干，进行酶解发酵实验。
经分析，酶解效率达到50.25％，乙醇转化率为48.12％。
实施例6：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
皇竹草经过粉碎晒干粉碎后过100目筛，取20g作为生物质预处理的原材料，按4％的固液比加入250ml四氢糠醇，反应温度为180℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干，然后在50℃的条件下烘干，进行酶解发酵实验。
经分析，酶解效率达到49.98％，乙醇转化率为48.74％。
实施例7：
一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，包括如下步骤：
皇竹草经过粉碎晒干粉碎后过100目筛，取20g作为生物质预处理的原材料，按4％的固液比加入250ml四氢糠醇，反应温度为100℃，反应时间为30min，预处理之后，用160mM/LNaOH溶液浸泡20min，洗涤、过滤、烘干，然后在30℃的条件下烘干，进行酶解发酵实验。
经分析，酶解效率达到50.24％，乙醇转化率为49.65％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将生物质原料粉碎、过筛，用四氢糠醇在一定条件下预处理一定时间后，过滤，滤渣经碱浸泡、洗涤、抽滤、烘干后进行酶解发酵。
2.根据权利要求1所述的利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，所述生物质原料为农作物秸秆、草本植物、能源植物中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，所述农作物秸秆为玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、豆秸、高粱、甜高粱中的一种或多种，所述草本植物为苜蓿或皇竹草，所述能源植物为芒草、柳枝稷、速生柳中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，所述生物质原料粉碎后粒径为20-100目。
5.根据权利要求1所述的利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，所述四氢糠醇处理的时间为30-60min，处理温度为100-180℃，固液比为4％-15％。
6.根据权利要求1所述的利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，烘干所用温度为30-50℃。
7.根据权利要求1所述的利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，酶解发酵包括如下步骤：按8％底物浓度、30FPU/g底物质量的纤维素酶浓度在50℃条件下进行24h预水解，然后与纤维素酶等质量的耐高温活性干酵母，在42℃条件下酶解发酵3-6天。
8.根据权利要求1-7所述的利用四氢糠醇预处理木质纤维素的方法，其特征在于，在酶解产糖，生产燃料乙醇、丁醇、丁二酸，固态发酵基质，动物饲料，厌氧发酵中的应用。
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