CN113481255B - 含纤维素原料的酶解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可再生能源和生物工程技术领域，公开了一种含纤维素原料的酶解方法。含纤维素原料的酶解方法包括：在改性木质素存在的条件下，将含纤维素原料进行酶解，得到酶解产物；其中，所述改性木质素的制备方法包括：将木质素原料与对甲苯磺酸混合进行预处理得到预处理木质素，将所述预处理木质素与修饰剂混合进行修饰。该方法将改性后的木质素作为催化助剂，能够改善纤维素酶的构象，从而增加纤维素酶的活性，增强含纤维素原料的酶解效率。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源和生物工程技术领域，具体地，涉及一种含纤维素原料的酶解方法。
背景技术
秸秆等木质纤维素材料经过不断降解获得燃料乙醇，再将这种燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配后，即可供汽车使用，并且不影响汽车的行驶性能。这种可再生的乙醇汽油作为一种清洁燃料，是当前新能源领域研究的重点。我国木质纤维素资源丰富，高效开发该类可再生资源也是缓解能源危机的有效手段，对减轻环境污染具有重要意义，还可以促进农业废弃物秸秆等的合理利用，符合我国可持续发展战略和可再生能源的发展方向。
目前，虽然将秸秆等农业废弃物经纤维素酶水解生产乙醇的方法已经被广泛认同和大规模采用，但由于木质纤维素主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，性质稳定，其酶解糖化效率低、成本仍然相对过高，从而限制了其更加广泛的应用。在纤维素酶水解木质纤维素的过程中，酶解效率受到底物的抗水解性、纤维素酶自身的水解活性、水解工艺条件等多方面因素的影响，限制了木质纤维素质乙醇的生产成本的下降。
纤维素底物和纤维素酶发生吸附是纤维素酶水解的前提条件，仅当纤维素酶吸附在纤维素上时，纤维素才能被纤维素酶水解。因此，改善纤维素酶与纤维素之间的吸附性能，在增强纤维素的酶水解中起着重要作用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的纤维素酶解效率低、成本高的问题，提供一种含纤维素原料的酶解方法，该方法能够提高纤维素的水解效率，提升生物乙醇的得率。
为了实现上述目的，本发明提供一种含纤维素原料的酶解方法，该方法包括：在改性木质素存在的条件下，将含纤维素原料进行酶解，得到酶解产物；其中，所述改性木质素的制备方法包括：将木质素原料与对甲苯磺酸混合进行预处理得到预处理木质素，将所述预处理木质素与修饰剂混合进行修饰。
优选地，所述对甲苯磺酸以预加热的对甲苯磺酸-水溶液的形式与所述木质素原料混合；所述对甲苯磺酸-水溶液中对甲苯磺酸的浓度为50-70质量％，所述预加热的温度为70-90℃，所述预处理的条件至少满足：温度为60-90℃、时间为10-30min。
优选地，所述木质素原料为秸秆和/或麦草；所述改性木质素的制备方法还包括：将所述预处理得到的预处理料液进行固液分离I得到预处理液，将所述预处理液与水混合后经固液分离II得到粗木质素，将所述粗木质素洗涤至中性、干燥得到所述预处理木质素。
优选地，所述预处理液与水的体积比为1：5-20，所述预处理液与水混合的时间为1-5min，所述固液分离II的条件至少满足：转速为8000-10000rpm、时间为8-15min。
优选地，所述修饰的过程包括：将所述预处理木质素与碱液、所述修饰剂混合后进行修饰反应得到修饰料液，将所述修饰料液经稀释、调节pH、固液分离III，得到修饰固体。
优选地，相对于1g的所述预处理木质素，所述碱液中碱的用量为0.07-3g，所述修饰剂的用量为0.017-0.48g。
优选地，所述修饰剂含有羧酸盐和季铵盐，所述羧酸盐和所述季铵盐的质量比为1：0.25-14；
优选地，所述季铵盐以浓度为50-70质量％的季铵盐-水溶液的形式与所述预处理木质素、所述碱液混合。
优选地，所述含纤维素原料的制备方法包括：将秸秆和/或麦草与对甲苯磺酸-水溶液混合后进行孵化、过滤得到过滤固体，将所述过滤固体洗涤至中性；所述秸秆和/或麦草与所述对甲苯磺酸-水溶液的质量比为1：20-40；所述对甲苯磺酸-水溶液中对甲苯磺酸的质量分数为50-70质量％，所述对甲苯磺酸-水溶液的温度为70-90℃；所述孵化的条件至少满足：温度为60-90℃、时间为10-30min。
优选地，所述酶解的过程包括：将所述含纤维素原料与缓冲液、纤维素酶混合后进行酶解反应，经固液分离IV得到所述酶解产物。
优选地，所述缓冲液选自柠檬酸-水溶液、柠檬酸钠-水溶液和醋酸钠-水溶液中的至少一种；
相对于干重为1g的所述含纤维素原料，所述缓冲液的用量为19-99mL、所述纤维素酶的用量为5-10FPU、所述改性木质素的用量为10-200mg；
所述酶解反应的条件至少满足：温度为30-60℃、转速为150-200rpm、时间为60-84h。
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明提供的含纤维素原料的酶解方法，利用对甲苯磺酸和修饰剂对木质素进行改性，再将改性后的木质素作为催化助剂，应用于含纤维素原料的酶解过程中，利用改性后的木质素不仅能够降低与纤维素酶分子之间的氢键相互作用和疏水相互作用，从而减少了对纤维素酶分子的吸附量；而且能够与纤维素酶结合，形成具有较低结合自由能的复合物，通过改性后的木质素改善纤维素酶的构象，从而增加纤维素酶的活性，增强含纤维素原料的酶解效率；
本发明提供的含纤维素原料的酶解方法中，将秸秆和/或麦草经对甲苯磺酸进行预处理后，固液分离得到的预处理液可进一步经修饰形成改性木质素，预处理固体则作为含纤维素原料，进行进一步的酶解获得还原糖，可提高对秸秆和/或麦草的利用率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种含纤维素原料的酶解方法，该方法包括：在改性木质素存在的条件下，将含纤维素原料进行酶解，得到酶解产物；其中，所述改性木质素的制备方法包括：将木质素原料与对甲苯磺酸混合进行预处理得到预处理木质素，将所述预处理木质素与修饰剂混合进行修饰。
根据本发明，木质素改性的过程主要包括利用对甲苯磺酸进行预处理，得到预处理木质素(主要为对甲苯木质素)，再将处理木质素经修饰剂进行修饰，形成羧化和季铵化的改性木质素；将改性木质素作为催化助剂，应用于含纤维素原料的酶解过程中，利用改性后的木质素不仅能够降低与纤维素酶分子之间的氢键相互作用和疏水相互作用，从而减少了对纤维素酶分子的吸附量；而且能够与纤维素酶结合，形成具有较低结合自由能的复合物，通过改性后的木质素改善纤维素酶的构象，从而增加纤维素酶的活性。
根据本发明，所述对甲苯磺酸以预加热的对甲苯磺酸-水溶液的形式与所述木质素原料混合；所述对甲苯磺酸-水溶液中对甲苯磺酸的浓度为50-70质量％，所述预加热的温度为70-90℃，具体可以为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，或者上述两个值之间的任意值。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高对甲苯磺酸对木质素进行预处理的效率。
根据本发明，所述预处理的条件至少满足：温度为60-90℃，具体可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，或者上述两个值之间的任意值；时间为10-30min，具体可以为10min、15min、20min、25min、30min，或者上述两个值之间的任意值。
根据本发明，所述木质素原料可以是任意一种含有木质素的原料物质或者含有木质素的溶液。优选情况下，所述木质素原料为秸秆和/或麦草；具体可以为玉米秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆。
由于秸秆和/或麦草中木质素的含量较低，在对其进行预处理后，可以将预处理后的秸秆和/或麦草直接用于修饰以得到改性木质素；优选为将预处理木质素进行有效的分离，以提高木质素的纯度，有利于对预处理木质素作进一步的修饰。示例性地，所述改性木质素的制备方法还包括：将所述预处理得到的预处理料液进行固液分离I得到预处理液，将所述预处理液与水混合后经固液分离II得到粗木质素(固体)，将所述粗木质素洗涤至中性、干燥得到所述预处理木质素，以实现对预处理木质素的有效分离。
根据本发明，所述水可以是任意一种形式的水，例如去离子水、纯净水、蒸馏水，优选情况下，所述水采用去离子水，去离子水指的是除去呈离子形式的杂质后的纯水，其可以采用常规的制备方法制得；干燥可以采用任意一种或多种常规的干燥工艺及设备，例如可以采用冷冻干燥、微波干燥或真空加热干燥。
进一步优选地，所述预处理液与水的体积比为1：5-20，具体可以为1：5、1：10、1：15、1：20，或者上述两个值之间的任意值；所述预处理液与水混合的时间为1-5min，具体可以为1min、2min、3min、4min、5min，或者上述两个值之间的任意值。本发明中，固液分离I和固液分离II可以采用任意一种常规的分离工艺及设备，例如可以是过滤、抽滤或者离心。固液分离I优选为采用过滤、固液分离II优选为采用离心；所述固液分离II的条件至少满足：转速为8000-10000rpm，具体可以为8000rpm、8500rpm、9000rpm、9500rpm、10000rpm，或者上述两个值之间的任意值；时间为8-15min，具体可以为8min、10min、12min、14min、15min，或者上述两个值之间的任意值。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高预改性木质素的纯度，进而提升对纤维素酶解的促进作用。
根据本发明，所述修饰的过程包括：将所述预处理木质素与碱液、所述修饰剂混合后进行修饰反应得到修饰料液，将所述修饰料液经稀释、调节pH、固液分离III，得到修饰固体。所述稀释可以采用去离子水进行稀释，调节pH具体指的是利用酸液(例如盐酸溶液、硫酸溶液)将稀释后的修饰料液的pH调节至木质素沉淀的量不增加即可。
本发明中，固液分离III可以采用任意一种常规的分离工艺及设备，例如可以是过滤、抽滤或者离心，优选采用离心；碱液可以采用任意一种碱性溶液，例如可以采用质量分数为5-15％的NaOH溶液；调节pH可以采用常规的调节方式，例如加入碱液或者酸液，或者加入去离子水稀释等。
优选地，相对于1g的所述预处理木质素，所述碱液中碱的用量为0.07-3g，所述修饰剂的用量为0.017-0.48g。
根据本发明，所述修饰剂可以选用能够对预处理木质素进行羧化和季铵化的物质，例如将修饰剂设置为含有羧酸盐和季铵盐。羧酸盐指的是羧酸形成的盐类，含有羧酸根负离子，具体地，羧酸盐可以为氯乙酸钠、氯乙酸钾、3-氯丙酸钠、2-氯丙酸钠中的至少一种；季铵盐指的是铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物，具体可以为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。示例性地，所述修饰剂含有氯乙酸钠和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
优选情况下，所述羧酸盐和所述季铵盐的质量比为1：0.25-14。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高改性木质素的稳定性，提升对纤维素酶解的促进作用。
本发明中，羧酸盐和季铵盐可分别以固体或者液体溶液的形式与预处理木质素、碱液进行混合。示例性地，羧酸盐以固体的形式在温度为60-90℃的条件下与预处理木质素、碱液进行混合，搅拌直至其完全溶解。
优选地，所述季铵盐以浓度为50-70质量％的季铵盐-水溶液的形式与所述预处理木质素、所述碱液混合。
根据本发明，所述含纤维素原料可以是任意一种含有纤维素的原料物质或者含纤维素的溶液。所述含纤维素原料可以为现有农业残留物，如农作物秸秆、农业草本植物，包括玉米秸秆、玉米芯、草、纸、大麦秆、小麦杆、稻草、纸张等；也可以为林园残留物，如硬木、软木、坚果壳、树叶、棉籽絮、柳枝、燕麦壳等，能源作物，如柳枝稷、能源草；所述含纤维素原料可以直接采用上述农业残留物，也可以将上述农业残留物进行前处理。优选情况下，所述含纤维素原料的制备方法包括：将秸秆和/或麦草与对甲苯磺酸-水溶液混合后进行孵化、过滤得到过滤固体，将所述过滤固体洗涤至中性。
此时，可以将秸秆和/或麦草在用作制备含纤维素原料的同时，还作为木质素原料；具体地，将秸秆和/或麦草与对甲苯磺酸-水溶液混合后进行孵化(预处理)得到预处理液，将预处理液经固液分离得到预处理液和预处理固体(过滤固体)，将所述预处理固体洗涤至中性，得到含纤维素原料，将所述预处理液与去离子水混合后经固液分离II得到粗木质素，将所述粗木质素洗涤至中性、干燥得到所述预处理木质素。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高对秸秆和/或麦草的利用率。
根据本发明，秸秆和/或麦草经粉碎后，与对甲苯磺酸-水溶液混合，能够优化对甲苯磺酸进行木质素等预处理的效果；孵化(预处理)的过程可以利用去离子水进行终止。
优选情况下，所述秸秆和/或麦草与所述对甲苯磺酸-水溶液的质量比为1：20-40；所述对甲苯磺酸-水溶液中对甲苯磺酸的质量分数为50-70质量％，所述对甲苯磺酸-水溶液的温度为70-90℃，具体可以为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，或者上述两个值之间的任意值；所述孵化的条件至少满足：温度为60-90℃，具体可以为60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃，或者上述两个值之间的任意值；时间为10-30min，具体可以为10min、15min、20min、25min、30min，或者上述两个值之间的任意值。
优选地，所述酶解的过程包括：将所述含纤维素原料与缓冲液、纤维素酶混合后进行酶解反应，经固液分离IV得到所述酶解产物。
本发明中，固液分离IV可以采用任意一种常规的分离工艺及设备，例如可以是过滤、抽滤或者离心，优选为采用过滤；纤维素酶可以采用常规的纤维素酶物质，例如可以为β-葡萄糖苷酶。
根据本发明，所述缓冲液选自柠檬酸-水溶液、柠檬酸钠-水溶液和醋酸钠-水溶液中的至少一种，例如，缓冲液采用浓度为50mM、pH为4.8的柠檬酸-水溶液。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，有利于提高纤维素酶解的反应效率。
根据本发明，相对于干重为1g的所述含纤维素原料，所述缓冲液的用量为19-99mL、所述纤维素酶的用量为5-10FPU、所述改性木质素的用量为10-200mg；所述酶解反应的条件至少满足：温度为30-60℃，具体可以为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，或者上述两个值之间的任意值；转速为150-200rpm，具体可以为150rpm、160rpm、170rpm、180rpm、190rpm、200rpm，或者上述两个值之间的任意值；时间为60-84h，具体可以为60h、65h、70h、75h、80h、84h，或者上述两个值之间的任意值。
作为本发明中含纤维素原料的酶解方法的一种相对优选的具体实施方式，包括以下步骤：
S1、将秸秆和/或麦草与对甲苯磺酸-水溶液混合后进行孵化(预处理)得到预处理料液，将预处理料液经固液分离得到预处理液和预处理固体(过滤固体)，将所述预处理固体洗涤至中性，得到含纤维素原料，将所述预处理液与去离子水混合后经固液分离II得到粗木质素，将所述粗木质素洗涤至中性、干燥得到所述预处理木质素；
S2、将步骤S1得到的预处理木质素与碱液、修饰剂混合后进行修饰反应，得到修饰料液，将所述修饰料液经去离子水稀释、调节pH、固液分离III，得到修饰固体即为改性木质素；
S3、将步骤S1得到的含纤维素原料与柠檬酸缓冲液、纤维素酶和步骤S2得到的改性木质素混合后，进行酶解反应，经固液分离IV得到所述酶解产物。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，水解液中还原糖的含量通过DNS法测得；玉米秸秆采购自江苏省连云港市，其他的原料及试剂均为常规的市售品。
实施例1
S1、将预加热温度为70℃的质量分数为65％的对甲苯磺酸-水溶液与粉碎的玉米秸秆以质量比1：40进行混合后，在温度为70℃的条件下孵育20min，加入去离子水终止反应，得到预处理料液，将预处理料液经过滤后得到预处理液和预处理固体，将预处理固体用去离子水将固体洗涤至中性得到含纤维素原料，将预处理液与去离子水以体积比1：10进行混合3min后，在转速为10000rpm的条件下离心10min得到粗木质素，将粗木质素用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，得到预处理木质素；
S2、将0.5g步骤S1得到的预处理木质素与10mL的质量分数为15％的NaOH溶液混合后，加入0.05g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.1mL质量分数为65％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素；
S3、将2g步骤S1得到的含纤维素原料与98mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加8FPU的β-葡萄糖苷酶和100mg步骤S2得到的改性木质素，在温度为50℃、转速为180rpm的条件下酶解72h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为84.48％。
实施例2
S1、将预加热温度为80℃的质量分数为50％的对甲苯磺酸-水溶液与粉碎的玉米秸秆以质量比1：20进行混合后，在温度为90℃的条件下孵育10min，加入去离子水终止反应，得到预处理料液，将预处理料液经过滤后得到预处理液和预处理固体，将预处理固体用去离子水将固体洗涤至中性得到含纤维素原料，将预处理液与去离子水以体积比1：20进行混合5min后，在转速为8000rpm的条件下离心15min得到粗木质素，将粗木质素用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，得到预处理木质素；
S2、将10g步骤S1得到的预处理木质素与10mL的质量分数为15％的NaOH溶液混合后，加入0.136g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.068mL质量分数为50％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素；
S3、将1g步骤S1得到的含纤维素原料与99mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加5FPU的β-葡萄糖苷酶和10mg步骤S2得到的改性木质素，在温度为60℃、转速为150rpm的条件下酶解84h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为83.19％。
实施例3
S1、将预加热温度为90℃的质量分数为70％的对甲苯磺酸-水溶液与粉碎的玉米秸秆以质量比1：30进行混合后，在温度为60℃的条件下孵育30min，加入去离子水终止反应，得到预处理料液，将预处理料液经过滤后得到预处理液和预处理固体，将预处理固体用去离子水将固体洗涤至中性得到含纤维素原料，将预处理液与去离子水以体积比1：5进行混合1min后，在转速为9000rpm的条件下离心8min得到粗木质素，将粗木质素用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，得到预处理木质素；
S2、将1g步骤S1得到的预处理木质素与5mL的质量分数为10％的NaOH溶液混合后，加入0.032g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.64mL质量分数为70％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素；
S3、将5g步骤S1得到的含纤维素原料与95mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加10FPU的β-葡萄糖苷酶和200mg步骤S2得到的改性木质素，在温度为30℃、转速为200rpm的条件下酶解60h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为86.73％。
实施例4
按照实施例3的方法进行含纤维素原料的酶解，不同的是，将步骤S2中的氯乙酸钠替换为柠檬酸铵，3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵替换为四丁基溴化铵。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为80.16％。
实施例5
按照实施例3的方法进行含纤维素原料的酶解，不同的是，将步骤2替换为：将1g步骤S1得到的预处理木质素中加入0.032g的1-氯丙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.64mL的质量分数为70％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为81.75％。
实施例6
按照实施例3的方法进行含纤维素原料的酶解，不同的是，将步骤2替换为：将1g步骤S1得到的预处理木质素与5mL的质量分数为10％的NaOH溶液混合后，加入0.032g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为80.92％。
实施例7
按照实施例3的方法进行含纤维素原料的酶解，不同的是，将步骤S1中，预加热温度为90℃的质量分数为70％的对甲苯磺酸-水溶液替换为常温(25℃)的质量分数为70％的对甲苯磺酸-水溶液。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为82.01％。
实施例8
按照实施例3的方法进行含纤维素原料的酶解，不同的是，将步骤S2替换为：将1g步骤S1得到的预处理木质素与30mL的质量分数为15％的NaOH溶液混合后，加入0.32g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.64mL质量分数为70％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为83.27％。
实施例9
按照实施例3的方法进行含纤维素原料的酶解，不同的是，将步骤S3替换为：将5g步骤S1得到的含纤维素原料与80mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加12FPU的β-葡萄糖苷酶和300mg步骤S2得到的改性木质素，在温度为30℃、转速为200rpm的条件下酶解60h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为79.82％。
实施例10
S1、将预加热温度为90℃的质量分数为70％的对甲苯磺酸-水溶液与粉碎的玉米秸秆以质量比1：30进行混合后，在温度为60℃的条件下孵育30min，加入去离子水终止反应，得到预处理料液，将预处理料液经过滤后得到预处理液和预处理固体，将预处理液与去离子水以体积比1：5进行混合1min后，在转速为9000rpm的条件下离心8min得到粗木质素，将粗木质素用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，得到预处理木质素；
S2、将1g步骤S1得到的预处理木质素与5mL的质量分数为10％的NaOH溶液混合后，加入0.032g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.64mL质量分数为70％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素；
S3、将含有5g纤维素的原料溶液与95mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加10FPU的β-葡萄糖苷酶和200mg步骤S2得到的改性木质素，在温度为30℃、转速为200rpm的条件下酶解60h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为80.59％。
实施例11
S1、将木质素与预加热温度为90℃的质量分数为70％的对甲苯磺酸-水溶液以质量比1：30进行混合后，在温度为60℃的条件下孵育30min，加入去离子水终止反应，得到预处理液，将预处理液与去离子水以体积比1：5进行混合1min后，在转速为9000rpm的条件下离心8min得到粗木质素，将粗木质素用去离子水洗涤至中性，冷冻干燥，得到预处理木质素；
S2、将1g步骤S1得到的预处理木质素与5mL的质量分数为10％的NaOH溶液混合后，加入0.032g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.64mL质量分数为70％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素；
S3、将含有5g纤维素的原料溶液与95mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加10FPU的β-葡萄糖苷酶和200mg步骤S2得到的改性木质素，在温度为30℃、转速为200rpm的条件下酶解60h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为81.55％。
对比例1
S1、将预加热温度为90℃的质量分数为70％的对甲苯磺酸-水溶液与粉碎的玉米秸秆以质量比1：30进行混合后，在温度为60℃的条件下孵育30min，加入去离子水终止反应，得到预处理料液，将预处理料液经过滤后得到预处理液和预处理固体，将预处理固体用去离子水将固体洗涤至中性得到含纤维素原料；
S2、将5g步骤S1得到的含纤维素原料与95mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加10FPU的β-葡萄糖苷酶，在温度为30℃、转速为200rpm的条件下酶解60h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本对比例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为78.64％。
对比例2
S1、将预加热温度为90℃的质量分数为70％的对甲苯磺酸-水溶液与粉碎的玉米秸秆以质量比1：30进行混合后，在温度为60℃的条件下孵育30min，加入去离子水终止反应，得到预处理料液，将预处理料液经过滤后得到预处理液和预处理固体，将预处理固体用去离子水将固体洗涤至中性得到含纤维素原料；
S2、将1g木质素与5mL的质量分数为10％的NaOH溶液混合后，加入0.032g氯乙酸钠并在温度为80℃下搅拌直至其完全溶解，再缓慢加入0.64mL质量分数为70％的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵-水溶液，进行修饰反应得到修饰料液，将修饰料液用去离子水稀释、调节溶液pH，离心去除上清液，得到修饰固体即为改性木质素；
S3、将5g步骤S1得到的含纤维素原料与95mL柠檬酸缓冲液(50mM，pH4.8)混合后，添加10FPU的β-葡萄糖苷酶和200mg步骤S2得到的改性木质素，在温度为30℃、转速为200rpm的条件下酶解60h，酶解反应结束后进行过滤，得到酶解产物。
本实施例中，测量酶解产物中还原糖的含量，计算含纤维素原料中纤维素的酶水解效率(EHE)为77.39％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种含纤维素原料的酶解方法，其特征在于，该方法包括：
S1、将秸秆和/或麦草与对甲苯磺酸-水溶液混合进行预处理得到预处理液，将所述预处理液经过滤得到预处理液和预处理固体，将所述预处理固体洗涤至中性得到含纤维素原料，将所述预处理液与去离子水混合后经离心得到粗木质素，将所述粗木质素洗涤至中性、干燥得到预处理木质素；
S2、将步骤S1得到的所述预处理木质素与碱液、修饰剂混合后进行修饰反应得到修饰料液，将所述修饰料液经稀释、调节pH、固液分离III得到改性木质素；所述修饰剂含有羧酸盐和季铵盐；
S3、在步骤S2得到的改性木质素存在的条件下，将步骤S1得到的含纤维素原料进行酶解，得到酶解产物。
2.根据权利要求1所述的酶解方法，其特征在于，所述对甲苯磺酸以预加热的对甲苯磺酸-水溶液的形式与所述秸秆和/或麦草混合；
所述对甲苯磺酸-水溶液中对甲苯磺酸的浓度为50-70质量%，所述预加热的温度为70-90℃，所述预处理的条件满足：温度为60-90℃、时间为10-30min。
3.根据权利要求1所述的酶解方法，其特征在于，所述预处理液与去离子水的体积比为1：5-20，所述预处理液与去离子水混合的时间为1-5min，所述离心的条件满足：转速为8000-10000 rpm、时间为8-15min。
4.根据权利要求1所述的酶解方法，其特征在于，相对于1g的所述预处理木质素，所述碱液中碱的用量为0.07-3g，所述修饰剂的用量为0.017-0.48g。
5.根据权利要求1所述的酶解方法，其特征在于，所述羧酸盐和所述季铵盐的质量比为1：0.25-14；
所述季铵盐以浓度为50-70质量%的季铵盐-水溶液的形式与所述预处理木质素、所述碱液混合。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的酶解方法，其特征在于，所述秸秆和/或麦草与所述对甲苯磺酸-水溶液的质量比为1：20-40。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的酶解方法，其特征在于，所述酶解的过程包括：将所述含纤维素原料与缓冲液、纤维素酶混合后进行酶解反应，经固液分离IV得到所述酶解产物。
8.根据权利要求7所述的酶解方法，其特征在于，所述缓冲液选自柠檬酸-水溶液、柠檬酸钠-水溶液和醋酸钠-水溶液中的至少一种；
相对于干重为1g的所述含纤维素原料，所述缓冲液的用量为19-99mL、所述纤维素酶的用量为5-10FPU、所述改性木质素的用量为10-200mg；
所述酶解反应的条件满足：温度为30-60℃、转速为150-200rpm、时间为60-84h。
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