[发明专利]一种提高烟杆生物转化效率的预处理方法

说明书

本发明提供的一种提高烟杆生物转化效率的预处理方法。所述预处理方法具体是取去烟叶后的新鲜烟杆，晾晒烘干后切碎后，按照固液比1:5‑1:30的比例加入浓度为0.2％～5％的NaOH溶液；将固液混合物在80℃～90℃的水浴锅中处理30min～120min，并进行水洗过滤至中性，收集处理后的纤维质残渣于50～60℃条件下烘干得到预处理后的烟杆原料。经过处理后的烟杆进行酶解糖化的还原糖得率可达345.06mg/g，较未处理烟杆提高165.74％，葡萄糖和木糖是酶解液中的主要成分；在同样条件下预处理后，烟杆经同步酶解糖化发酵的乙醇得率可达106.64mg/g，较未处理烟杆提高138％，大大提高了生物转化得率。

技术领域

本发明属于生物炼制技术，具体是一种提高烟杆生物转化效率的预处理方法。

背景技术

烟草是世界上最重要的非食用经济作物之一，为各国广泛种植。烟叶是烟草工业的主要原料，在烟叶采收后，往往剩余大量烟杆。据估计，全球每年在烟草种植中产生的烟杆可达2.6亿吨以上。这些烟杆即不能作为农用燃料，焚烧后又污染大气，只能堆积在田间地头自然腐烂，严重污染环境。

近年来，环境友好的生物炼制技术逐渐成为木质纤维素类农林废弃物资源化利用的发展趋势。该过程通常利用纤维素酶和微生物将木屑、秸秆等废弃物转化为糖、乙醇、乳酸等生物基产品。糖和乙醇是于烟草加工过程中的两类重要辅料，通常应用于美拉德反应、香料提取等等方面。因此，如果利用生物炼制技术将烟杆转化为糖和乙醇，不仅有助于实现废弃物资源的高值化利用，又能为烟草企业提供廉价的辅料来源，这对提高烟草行业资源化循环利用水平无疑具有重要的意义。

然而，目前利用烟杆进行生物炼制的研究并不多见，其瓶颈在于木质纤维素结构对纤维素酶解的高抗性导致极低的生物转化效率。近年来，研究者们发现预处理技术可以有效降低木质纤维素转化抗性、提高转化效率。常用的预处理方法包括酸预处理、碱预处理、蒸汽爆破预处理、超压临界水预处理和高压湿氧化预处理等。通常不同原料所适用的预处理方式和条件并不相同，如农业秸秆废弃物更适用于酸、碱等化学预处理方式。因此，选择适当的预处理技术和处理条件将有望提高烟杆生物转化效率，实现烟杆的高效生物炼制。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，提供一种提高烟杆生物转化效率的预处理方法，该方法可以增强烟杆转化为糖和乙醇的生物炼制效率，为实现高效的烟杆生物炼制过程奠定基础。

本发明提供的技术方案：所述一种提高烟杆生物转化效率的预处理方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)取去烟叶后的新鲜烟杆，晾晒烘干后切碎后，按照固液比1:5-1:30的比例加入浓度为0.2％～5％的NaOH溶液；

(2)将步骤(1)中的固液混合物在80℃～90℃的水浴锅中处理30min～120min，并进行水洗过滤至中性，收集处理后的纤维质残渣于50～60℃条件下烘干得到预处理后的烟杆原料。

本发明较优的技术方案：所述一种提高烟杆生物转化效率的预处理方法的具体步骤如下：

(1)取去烟叶后的新鲜烟杆，晾晒烘干后切碎后，按照固液比1:10的比例加入浓度为2％的NaOH溶液；

(2)将步骤(1)中的固液混合物在90℃的水浴锅中处理60min，并进行水洗过滤至中性，收集处理后的纤维质残渣于50～60℃条件下烘干得到预处理后的烟杆原料。

本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中在加入NaOH溶液之前，先将新鲜烟杆用自然水清洗掉表面的浮尘和杂质，于室外自然晾晒5～30天后，将其在50～60℃的烘箱中烘烤1～3天，随后将其取出冷却至室温，并用粉碎机将其切碎至0.5～5cm长度的小段后放入1-10L反应器中。

本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中的固液混合物在加热处理之前，先在40～75℃的条件恒温浸泡0.5～24小时。