[发明专利]一种高效绿色提高木质纤维素酶解糖化效率的预处理方法及应用

说明书

本方法是利用NADES预处理提高木质纤维素酶解糖化效率。用氯化胆碱/柠檬酸/丙三醇按一定比例混合再加入一定量的蒸馏水对木质纤维素原料进行处理，去除部分木质素、半纤维素，并在一定程度上破坏木质纤维素的致密结构。本发明能减少木质纤维素中木质素、半纤维素组分所占比例，并使其表面严重破坏，提高木质纤维素的糖化效率。本预处理方法具有成本低廉、绿色环保、设备要求低、操作简单等优点，可大幅提升木质纤维素的酶解糖化效率。

技术领域

本发明涉及木质纤维素制取生物乙醇预处理技术领域，具体来讲是一种天然深度共熔溶剂（NADES）氯化胆碱/柠檬酸/丙三醇预处理提高木质纤维素酶解糖化效率的方法。

背景技术

在世界对能源的强烈需求及传统化石能源日益枯竭的背景下，可再生的生物能源越来越受到人们的重视。木质纤维素是地球上储量最大的可再生资源，将其作为原料生产燃料乙醇被认为是解决能源危机的有效途径之一。木质纤维素转化为燃料乙醇主要包括预处理、酶解糖化、发酵三个过程。预处理是为了去除或部分去除木质素，提高原料基质的多孔性，破坏木质素的结构，同时打断木质素与其他生物质之间的连接键，重组木质纤维素中的木质素等；酶解糖化就是将包含纤维素和半纤维素在内的多糖水解为可发酵糖；而发酵过程是利用微生物将糖转化为乙醇。木质纤维素的预处理就是通过物理、化学或者生物等方法破坏木质纤维素的顽抗结构，从而大幅度提高酶解糖化效率。预处理对于上游的粉碎工艺以及下游的发酵、分离、提纯等工艺过程都有很大影响，因此，预处理阶段是整个木质纤维素制取生物燃料乙醇中最关键的步骤。

常用的预处理技术有蒸汽爆破、酸、碱以及生物处理等。蒸汽爆破法虽然酶解效率较高，但其对设备要求高、能耗高、投入大，制约了规模化生产。酸预处理对木质素脱除效果不明显，增加了后续处理的处理难度，酸溶液对预处理装置具有的腐蚀性也是制约其工业化的重要原因之一；碱预处理成本较低、操作安全，但需对废水和残余物进行回收处理。生物法则主要采用白腐菌等真菌预处理，处理条件温和，但预处理时间过长，效率较低，不适于工业化应用。由于常用预处理工艺的弊端，因此绿色高效的预处理技术是本领域的重要发展方向，采用离子液体、深度共熔溶剂等绿色溶剂对木质纤维素进行预处理成为了研究热点。离子液体预处理可以去除部分木质素和半纤维素，显著降低纤维素结晶度，增加比表面积，但由于离子液体价格高昂，制约了其规模化应用。