[发明专利]一种消除不同木质纤维素原料预处理效率差异的参数调整方法

说明书

本发明公开一种消除不同木质纤维素原料预处理效率差异的参数调整方法。在木质纤维素预处理过程中，不同品种、不同产地、不同批次的原料在不经过参数调整的情况下预处理效率往往存在显著差异，而传统的参数确定实验费时费力。本发明仅通过测定木质纤维素原料的酸中和能力，经过公式计算后即可快速确定不同原料的预处理条件。其具体步骤为：(1)将木质纤维素原料粗切、除砂石及粉碎；(2)将步骤(1)得到的物料配制成悬浮液浆，使用稀硫酸将其滴定至特定的pH值，根据基于单位干固体的硫酸用量计算预处理过程所需的硫酸用量，并进行干法稀酸预处理；(3)将步骤(2)得到的预处理后物料进行酶水解或同步糖化发酵等后续的生物加工工序。

【技术领域】

本发明涉及木质纤维素生物炼制与生物能源领域，是一种消除不同木质纤维素原料预处理效率差异的参数调整方法。

【背景技术】

目前，木质纤维素原料最主流的预处理方法包括稀酸预处理及蒸汽爆破预处理，尤其以稀硫酸预处理及酸催化蒸汽爆破预处理最为有效。其原理是利用高温高压下的酸性环境水解半纤维素，进而破坏木质纤维素材料的结构，提高后续酶解过程中纤维素的转化率。影响稀酸预处理强度的三个关键因素分别是酸用量，停留时间和预处理温度。然而，木质纤维素原料多为农林废弃物，这些材料在生长、收集、贮存过程会混杂大量的碱性灰分物质，这些碱性物质在预处理过程中会中和不同的酸量，导致预处理效果随原料不同而存在显著差异，严重影响了生物炼制技术的适用性。而对于这些不同批次，不同品种或来源于不同产地的原料，根据温度、反应时间及酸用量等条件进行优化实验需要耗费大量的时间及精力，这成为了制约木质纤维素预处理过程工业化应用的一个挑战。

对于干法稀酸预处理而言，由于预处理过程固含量高(50％以上)，且无游离酸液存在，灰分的积累效应尤为严重，对于预处理过程稳定性影响极大。因此，本发明在木质纤维素高固含量酸预处理之前，通过测定原料酸中和能力进而调整酸用量，可以在不改变预处理过程反应温度及停留时间的情况下，简单有效的确定不同批次木质纤维素材料稀酸预处理过程所需的酸用量，得到稳定的预处理强度，解决木质纤维素原料稀酸预处理过程可重复性差的问题，对后续酶解糖化及发酵工序达到更为稳定的指标具有重要意义，对以木质纤维素为原料的生物炼制产业具有明显的推动作用。

【发明内容】

本发明基于木质纤维素稀酸预处理过程，目的在于简单快捷的对预处理参数进行调整，消除不同木质纤维素原料预处理效率存在的差异。本方法可以快速确定稀酸预处理过程所需要的酸用量，节省了传统预处理参数确定实验所需的大量人力物力，有效的避免酸用量过大带来的酸液浪费及抑制物产生较多的问题，同时可以避免酸用量不足导致的预处理强度较弱的问题；预处理后物料具备相似的抑制物含量，有助于提高后续脱毒及菌株发酵过程的稳定性；预处理后的物料具备相似的纤维素酶水解转化效率，同时具备相似的半纤维素移除率及戊糖转化率，有利于获得浓度较为稳定的糖液或以糖为平台进行发酵的生物基化学品。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

(1)将木质纤维素原料粗切、除砂石及粉碎；(2)将步骤(1)得到的物料配制成悬浮液浆，使用稀硫酸将其滴定至特定的pH值，根据基于单位干固体的硫酸用量计算预处理过程所需的硫酸用量，并进行干法稀酸预处理；(3)将步骤(2)得到的预处理后物料进行酶水解或同步糖化发酵等后续的生物加工工序。与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

本方法简单快捷高效，可以在不进行大量优化条件实验的基础上，有效避免不同生长、收集、贮存方式获得的木质纤维素原材料的酸中和能力不同导致的预处理效率稳定性差的问题；预处理后物料具备相似的抑制物含量，有助于提高后续脱毒及菌株发酵过程的稳定性；预处理后的物料具备相似的纤维素酶水解转化效率，同时具备相似的半纤维素移除率及木糖得率，有利于获得浓度较为稳定的糖液或以糖为平台进行发酵的生物基化学品。

【附图说明】

图1不同灰分含量(3.26％，4.33％，4.63％，5.30％，6.65％)玉米秸秆根据酸中和能力确定的预处理条件及预处理后的酶解评价；