[发明专利]混合木质纤维素预处理方法及其发酵工艺

说明书

本发明公开了一种混合木质纤维素预处理方法及其发酵工艺。所述的混合木质纤维素预处理方法是以不同种类的木质纤维素混合作为原料进行木质纤维素的预处理，或木质纤维素经过预处理后，根据浆液的酸碱性或抑制物浓度的高低，混合酸性浆液和碱性浆液或混合低浓度抑制物的浆液和高浓度抑制物的浆液。本发明利用混合木质纤维素原料，结合不同木质纤维素的优点，缓解由于木质素含量较高的生物质导致的酚类抑制物浓度较高等问题，同时和营养物质较为丰富的生物质进行混合能够促进发酵过程，提高乙醇等发酵产品产率，减少额外化学试剂的添加、降低抑制物对发酵的不利影响。

技术领域

本发明属于生物质能源再生技术领域，具体涉及一种混合木质纤维素预处理方法及其发酵工艺。

背景技术

木质纤维素作为可再生资源，可以有效缓解化石资源利用中带来的环境污染、能源危机等问题。木质纤维素分布广泛，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。由于木质纤维素结构致密，通常需要经过预处理步骤打开结构，使木质纤维素更容易通过酶解转化为可发酵糖，再进一步发酵生产乙醇等发酵产品。

然而，生物质的分布和产量受到季节、地域以及人们种植偏好等因素的影响。这些因素会增加工厂在储存以及运输等方面的成本，阻碍纤维素乙醇等发酵产品大规模工业化的生产。此外，生物质种类的多样和生长环境的差异会使得木质纤维素的结构和成分有所不同，影响以木质纤维素为原料的乙醇等发酵产品生产工艺。不同类型的生物质预处理后产生的抑制物种类和营养物质也不同。例如云杉比玉米秸秆的木质素含量较高，因而可能在预处理后产生较多的酚类抑制物；甘蔗渣含有较多的营养物质，更有利于后续的发酵过程。如果能够将不同种类的木质纤维素原料进行混合，则在一定程度上可以结合各种木质纤维素结构和组成方面带来的好处，减少某种木质纤维素由于结构或组成带来的负面影响，从而在整体上提高木质纤维素预处理以及酶解发酵效果。

目前常用的预处理技术主要包括酸法预处理和碱法预处理。其中酸法预处理如稀酸预处理(Zhu,Z.,et al.,Comparative study of corn stover pretreated by diluteacid and cellulose solvent-based lignocellulose fractionation:Enzymatichydrolysis,supramolecular structure,and substrate accessibility.Biotechnologyand bioengineering 2009,103(4),715-24.)和热水预处理(Kim,et al.,Improvement ofsugar yields from corn stover using sequential hot water pretreatment anddisk milling.Bioresource technology 2016,216,706-13.)能够有效的去除半纤维素，增加纤维素的可及性。碱法预处理如氨水预处理和稀碱预处理，能够去除部分木质素，操作简单，但预处理过后的浆液中含有从生物质中脱除的木质素，如果不经过水洗，该浆液可抑制酶解和发酵(Karp,et al.,Alkaline Pretreatment of Corn Stover:Bench-ScaleFractionation and Stream Characterization.ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2014,2(6),1481-1491.)。此外，这两种预处理所产生的生物质浆料的pH过高或者过低，因而需要外加大量的酸碱将pH调节至适合后续酶解发酵的范围，这将会增加额外的后续处理成本。同时，对预处理浆料进行pH调节中会引入大量的盐，将会影响后续的酶解和发酵制备乙醇等发酵产品过程。因此，如果能够将预处理浆料进行混合，则能够有效克服的这两种预处理的缺点，从而提高乙醇等发酵产品的效率以及降低乙醇等发酵产品的生产成本。

发明内容