[发明专利]一种碱预处理、低压力蒸汽闪爆与生物酶联合处理综合利用棉秆皮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质资源利用方法，尤其是涉及一种碱预处理、低压力蒸汽闪爆与生物酶联合处理综合利用棉秆皮的方法，属生物质资源利用领域。

背景技术

棉秆作为棉花种植的副产品，其表面韧皮中含有纤维素以及木质素、半纤维素等非纤维素物质。棉秆皮属于可再生资源，其纤维素含量40％左右，从棉秆皮中提取适合于纺织，复合材料制备的棉秆皮纤维，有助于提高棉作物的价值。目前，大部分棉秆被当成废料燃烧，造成生物资源的极大浪费。所以，对棉秆韧皮进行更好地开发利用尤为重要。

目前，涉及棉秆皮利用的专利主要有：(1)秸秆类生物质资源利用，如发明专利《生物质秸秆多口闪爆预处理生产系统及其生产工艺》(公开号：CN104474975A)，利用生物质秸秆原料闪爆技术，通过生物质秸秆饲料生产线、食用粉生产线、制浆生产线、生产酒精燃料生产线和木塑复合建材生产线生产出不同类的产品；(2)蒸汽闪爆法制备棉秆皮纤维，如发明专利《一种棉秆皮纤维清洁脱胶方法》(公开号：CN101008108A)，采用闪爆与高温高压后处理相结合的方法制备棉秆皮纤维；发明专利《一种蒸汽闪爆和碱处理相结合制备纺织用棉秆皮纤维的方法》(公开号：CN104047063A)，先采用蒸汽闪爆分离棉秆皮，然后用氢氧化钾进一步处理，最后用双氧水漂白。蒸汽闪爆后，纤维得率为50％左右，而30％左右已分离、降解的半纤维素被忽略。本发明专利利用碱预处理，降低闪爆压力，在利用纤维素纤维的同时，利用闪爆后除纤维外30％左右物质糖化发酵制备生物酒精，提高棉秆皮利用率。

发明内容

为了进一步提高棉秆皮的利用率，尤其是能同时利用棉秆皮中的纤维素纤维以及分离出的半纤维素、多糖、单糖等物质，本发明降低蒸汽闪爆的压力。为确保棉秆皮能在较低的蒸汽闪爆条件下得到较好的分离效果，先用碱预处理棉秆皮，预处理后的棉秆皮带着碱液采用闪爆时间极短(0.0875s)的汽爆工艺试验台闪爆；较低的蒸汽闪爆条件可减少阻碍后续糖化发酵的糠醛等物质产生，综合利用棉秆皮。

本发明所采用的技术方案是一种碱预处理、低压力蒸汽闪爆与生物酶联合处理综合利用棉秆皮的方法，具体按照以下步骤实施：

(1)机械切割：将棉秆皮切割成8～12cm长的段；

(2)碱预处理：将步骤(1)得到的棉秆皮置于固液比为1∶10～1∶20的碱溶液中，碱用量为2～20g/L；

(3)蒸汽闪爆：碱预处理后的棉秆皮不洗涤，将流动水压出后，装入闪爆罐中，通入饱和水蒸汽，使饱和水蒸汽压强达到0.6～1.0Mpa，维持饱和水蒸汽压强60～300s后以0.0875s瞬间闪爆，将蒸汽闪爆后得到的粗纤维和水解液均收集起来，分别进行下述处理；

(4)洗涤：将蒸汽闪爆后得到的粗纤维置于固液比为1∶20～1∶40的清水中反复洗涤，用滤布过滤，分别收集洗净后的粗纤维和滤液，并将粗纤维在室温下晾干；

(5)漆酶处理：用漆酶介体体系进一步处理粗纤维，达到处理时间后升温至90～100℃煮1～2h；

(6)离心分离：将滤液和水解液离心分离，分别收集上清液和残渣，并将得到的残渣烘干、粉碎；

(7)木聚糖酶水解：在上清液中加入木聚糖酶进行水解糖化，达到处理时间后升温至90～100℃煮1～2h；

(8)生物酶处理：用纤维素酶和半纤维素酶复配处理残渣，水解糖化，达到处理时间后升温至90～100℃煮1～2h；

(9)发酵：将步骤(7)和(8)得到的酶解液离心后取上清液收集在一起，发酵制备生物酒精。

2、根据权利要求1所述碱预处理，其特征在于，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾，预处理温度可以是常温，浸泡10～24h，也可以是60～100℃，碱煮1～5h。

3、根据权利要求1所述洗涤，其特征在于，先将棉秆皮粗纤维置于固液比为1∶20～1∶30、90～100℃热水中水煮1～2h，后在常温水中洗涤0.5～1.5h。

4、根据权利要求1所述的漆酶介体体系进一步处理粗纤维，其特征在于，所述漆酶来自白腐真菌或云芝，处理温度为25～55℃，固液比为1∶10～1∶25，pH值为3.0～6.0，漆酶用量为20～600U/g棉秆皮纤维，所述介体为ABTS或HBT，用量为棉秆皮纤维干重的0.5～6％，处理时间为5～25h，处理后的纤维用清水洗净，在室温条件下晾干，晾干后的纤维用针齿密度为10～15齿/cm的不锈钢梳子梳理，得到棉秆皮细纤维。