[发明专利]同步进行预处理和酶水解的木质纤维素炼制方法

说明书

本发明提供了一种同步进行预处理和酶水解的木质纤维素炼制方法，属于生物炼制技术领域。本发明使用尿素和水解酶直接将木质纤维素转化成可发酵的糖，尿素在脲酶的作用下，生成气态氨或是铵盐对木质纤维素结构进行破坏，水解酶将纤维素和半纤维素转化成单糖。尿素不仅有助于提高酶水解效果，还可以作为微生物发酵的氮源。本发明工艺实现了预处理和酶水解过程一体化，降低了木质纤维素工业化的成本。

技术领域

本发明属于生物炼制技术领域，涉及一种同步进行预处理和酶水解的木质纤维素炼制方法。

背景技术

木质纤维素作为最广泛易于获取的可再生资源，有望替代化石燃料。当前，木质纤维素转化进程中，预处理是最关键的技术步骤。通过预处理步骤，破坏木质纤维素的结构，改变纤维素的结构，使更多的纤维素和纤维素酶相接触，进而转化成发酵糖。传统的预处理步骤耗能高，且预处理后，需要降温或者脱毒进行下一步操作，这些都阻碍了木质纤维素的工业化生产。

氨法预处理是一种弱碱预处理，具有低毒性和低腐蚀性，在低温条件下能够高效脱木质素，并具有可循环利用等优点。然而，氨法预处理存在如设备要求高，高压缩，氨气回收设备成本高等缺点，不利于大规模的应用。在很多氨法预处理中，尿素预处理有很多的优势，包括：(1)低成本，高氮的试剂；(2)作为微生物生长和代谢的氮源；(3)尿素相对于氨方便运输，且危险性小(Wang L,et al.High-solid pretreatment of corn stover usingurea for enzymatic saccharification.[J].Bioresour Technol,2018,259:83-90.)。而且尿素通过弱化疏水相互作用和木质素和纤维素酶之间的静电吸引力，降低木质素跟水解酶的吸附，提高糖的转化效率。尿素和水、木质素上的羟基形成羟基，破坏酶跟木质素之间氢键的联系。所以酶水解过程中，添加尿素可以增强酶水解效果。在酶水解过程中添加60g/L的尿素，底物的消化率提高了33.1％(Lou H,et al.Effect of Urea on the EnzymaticHydrolysis of Lignocellulosic Substrate and Its Mechanism.Bioenergy Research,2018,11(4):1-10.)。

发明内容

针对目前预处理和酶水解过程分开进行的局限，本发明提供一种同步进行预处理和酶水解的木质纤维素炼制方法。该方法利用尿素和水解酶同步进行生物炼制，降低木质纤维素转化成目标产品的成本。

本发明的技术方案如下：

同步进行预处理和酶水解的木质纤维素炼制方法，包括以下步骤：

将粉碎或者颗粒化后的木质纤维素原料、尿素溶液、含脲酶试剂和水解酶混合均匀，加热至30℃～60℃反应0.5～10天；或将粉碎或者颗粒化后的木质纤维素原料、尿素溶液和含脲酶试剂均匀混合，加热至30℃～60℃反应0.5～10天，然后降至60℃以下，加入水解酶，进行酶水解反应，反应1～5天。

在本发明中，所述的木质纤维素选自小麦秸秆、玉米秸秆、农林废料、水稻秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、林业废料、回收木浆纤维、木屑、软木，硬木以及动物粪便中的一种或者多种。

在本发明中，所述的粉碎木质纤维素的直径为0.01mm～10cm；木质纤维素颗粒的直径为0.5mm～10cm。

在本发明中，所述的含脲酶试剂可以是脲酶蛋白质，豆类提取物，豆类根茎，动物的尿或微生物分泌的脲酶蛋白。

在本发明中，所述的水解酶可以是纤维素酶，半纤维素酶，果胶酶和木聚糖酶中的一种或者多种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用尿素预处理，尿素作为高氮化合物，为微生物生长和代谢提供氮源，；并且尿素预处理和多聚糖酶水解过程同步进行，简化预处理和酶水解过程中的步骤，节约工艺成本。