[发明专利]木质纤维素原料的预处理方法及酶解方法

说明书

本发明提供了一种木质纤维素原料的预处理方法及酶解方法。该预处理方法包括：步骤S1，采用碱性盐溶液对木质纤维素原料进行溶胀处理，得到溶胀产物；步骤S2，向溶胀产物中通入氧气进行氧化处理，得到预处理产物。通过先采用碱性盐溶液对木质纤维素原料进行溶胀处理，浸泡溶胀木质纤维素，然后再将溶胀产物置于氧气环境下进行氧化处理，使得在保留较多纤维素的情况下，去除大部分木质素和部分半纤维素，即预处理对木质纤维素和半纤维素的分解效率提高，进而更利于后续的酶解，大幅提升酶解糖化效率和还原糖得率。

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，具体而言，涉及一种木质纤维素原料的预处理方法及酶解方法。

背景技术

由于石油原料快速枯竭以及化石燃料燃烧引起的严重环境问题，替代能源木质纤维素引起了关注，用以生产可再生生物燃料和增值化学品。木质纤维素原料具有种类丰富、来源广泛、廉价易得等诸多优点，其来源主要包括农业废弃物、林业废弃物、能源作物以及市政废弃物中的纤维素资源。其中农业废弃物数量庞大，其合理化、资源化利用将有助于缓解化石燃料短缺带来的冲击，并有助于解决农业废弃物回收处理的难题。

木质纤维素主要由纤维素(35～50％)，半纤维素(20～35％)，和木质素(5～30％)这三种组分构成。其中纤维素和半纤维素主要由葡萄糖和木糖构成，经水解反应降解为单糖后可进一步通过化学、生物转化来生产高附加值的化学品。然而，在植物组织中木质素与半纤维素以共价键的形式结合，并将纤维素包埋其中，形成了一种坚固的天然屏障，以抵御微生物及化学降解。因此需借助有效的预处理手段来打破木质纤维素结构、脱除木质素或半纤维素、降低底物结晶度或者增大其比表面积，从而在随后的酶水解过程中提高底物的降解率及还原糖得率。

目前有效的预处理方法主要包括：物理法(机械粉碎、高温分解、蒸汽爆破、液态热水处理)，化学法(碱处理、氨处理、有机溶剂法)，物理化学法，生物法以及组合处理法。其中碱法预处理是目前应用最广泛的预处理方法之一，碱性试剂能够削弱纤维素和半纤维素之间的氢键，皂化半纤维素和木质素之间的酯键，使木质纤维素原料发生溶胀作用，并将木质素与碳水化合物分离，从而去除木质素以达到提高底物水解性能的目的。传统的碱性预处理主要有氨循环渗滤(ARP)、氨爆破(AFEX)、氨浸泡(SAA)、低液氨(LLA)和低水分无水氨(LMAA)以及利用其他强碱溶液，如NaOH或Ca(OH)₂等，碱性试剂难以回收且设备腐蚀大。氧化剂预处理可以有效的分解木质素和溶解大量的半纤维素，从而提高纤维素的可及性，常用的氧化剂主要有双氧水和过氧乙酸等。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种木质纤维素原料的预处理方法及酶解方法，以解决现有技术中的纤维素有效分解率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种木质纤维素原料的预处理方法，预处理方法包括：步骤S1，采用碱性盐溶液对木质纤维素原料进行溶胀处理，得到溶胀产物；步骤S2，向溶胀产物中通入氧气进行氧化处理，得到预处理产物。

进一步地，步骤S2包括：步骤S21，将溶胀产物置于密闭反应釜中，向密闭反应釜中通入氧气，并控制通入的氧气的压力为0.2MPa～3.0MPa，优选为0.2MPa～2.0MPa；步骤S22，对溶胀产物进行升温氧化处理，得到预处理产物。

进一步地，升温氧化处理包括：将溶胀产物的温度升至100℃～160℃，并在温度下氧化处理0.3h～2h。

进一步地，在升温氧化处理之后，以及得到预处理产物之前，预处理方法还包括：对升温氧化处理后的产物进行水浴降温，优选冰水浴降温，得到降温产物；对降温产物进行过滤洗涤，得到预处理产物。

进一步地，木质纤维素原料的质量体积浓度为底物浓度为5％～20％。

进一步地，在步骤S1之前，预处理方法还包括：将木质纤维素原料粉碎成颗粒，优选颗粒的粒径大小为0.1cm～1.5cm，更优选为0.3cm～1.5cm。