[发明专利]一种脱除稀酸蒸爆木质纤维素物料中抑制物的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，具体涉及一种利用超声波协同H₂O₂脱除稀酸蒸爆木质纤维素物料中抑制物的方法，主要用于玉米秸秆、麦杆、甜高梁杆等多种植物秸秆经稀酸蒸爆预处理后的脱毒。

背景技术

预处理过程中由于糖类及木质素的降解，会释放一些微生物生长的抑制剂，有弱酸类抑制物（甲酸，乙酸，乙酰丙酸等），糠醛类抑制物（糠醛、5-羟甲基糠醛）以及酚类抑制物（香草醛，对苯二酚，4-羟基苯甲酸）等物质。这些抑制物尤其是酚类对随后的酶解及微生物发酵有明显的抑制作用，降低产物产率，因此发酵之前应进行必要的脱毒处理。目前使用的脱毒方法较多，有物理脱毒、化学脱毒、生物脱毒等方法，为了达到更好的脱毒效果，经常将几种脱毒方法混合使用。

物理脱毒方法包括旋转蒸发、溶剂萃取和吸附等。旋转蒸发可减少低沸点有机物，如乙酸、糠醛，但同时增加了非挥发性抑制物的浓度，导致发酵效率降低。溶剂萃取法存在溶剂回收困难的缺点，且成本较高。活性炭吸附在脱除抑制物的同时会除去一些可发酵糖，使发酵产物产量降低。

化学脱毒方法主要是通过化学反应如通过化学沉淀或通过改变pH值和一些抑制物的电离特性。其中最常用的是使用过量的固体Ca(OH)₂预处理酸解液，该方法的缺点是由于钙离子的沉淀，易对后续的蒸馏等步骤不利，而且过量碱会使糖类成分遭到破坏。

生物脱毒方法是指用一些特定的酶或微生物作用于发酵抑制物，通过改变抑制物的结构而降低其毒性。但酶的费用较高，而微生物需要培养，且会消耗水解液中糖类。

Cantarella M等（Comparison of different detoxification methods for steam-exploded poplar wood as a substrate for the bioproduction of ethanol in SHF and SSF,Process Biochemistry, 2004, 39(11):1533-1542）比较了三种对稀酸蒸爆白杨木材物料的脱毒方法，包括水冲洗，水-乙酸乙脂两级萃取，过量Ca(OH)₂处理, 其中过量Ca(OH)₂处理的效果最好，经脱毒后进行酶解，纤维素转化率88.4%，同步糖化发酵的乙醇浓度为24.6g/L。Palmqvist等（Simultaneous detoxification and enzyme production of hemicellulose hydrolysates obtained after steam-pretreatment, EnzymeMicrob Techno,1997, 20(4):286-293）将蒸汽爆破后的柳树木材原料用里氏木霉进行同步脱毒和纤维素酶生产，大部分的抑制物在里氏木霉发酵产纤维素酶的过程中被消耗掉，在后续乙醇发酵中乙醇产率大幅提高。

CN201210339024.0公开了一种超声波强化碱性过氧化氢预处理木质纤维素的方法，在碱处理木质纤维素的同时进行超声波的强化作用，间隔一段时间后加入过氧化氢进行强氧化作用；预处理结束后，将原料进行固液分离，其中的固体组分烘干后进行纤维素酶酶解和成分分析，液体组分用于回收半纤维素和木质素成分。CN201010209198.6公开了一种去除秸秆酶解液抑制丁醇发酵的可溶性木质素的方法，该方法包括用活性炭处理秸秆酶解液或用碱性双氧水处理秸秆，以去除秸秆产生的发酵抑制物。采用活性炭处理秸秆酶解液可以去除酶解液中的可溶性木质素，得到的酶解液补加氮源后可用于发酵丁醇；采用碱性双氧水处理秸秆可以去除秸秆中的木质素，减少酶解后可溶性木质素的产生。但是，上述方法只是用于去除其中的木质素成分，并未涉及其它抑制物的去除情况。并且，这些方法都需对预处理木质纤维素原料水解物或酶解物进行固液分离，然后对水解液或酶解液进行脱毒处理。

发明内容

本发明提供一种脱除稀酸蒸爆木质纤维素物料中抑制物的方法。该法采用超声波协同H₂O₂在气升式反应器中对稀酸蒸爆木质纤维素物料进行脱毒处理，脱毒效率较高，降低了抑制物对酶解和发酵的负面影响；同时本发明具有较高的选择性，处理过程还原糖的损失率低。

本发明脱除稀酸蒸爆木质纤维素物料中抑制物的方法，包括以下内容：