[发明专利]一种碱结合双螺杆挤压预处理联合生物添加剂提高生物质酶解效率的工艺

说明书

本发明公开了一种碱结合双螺杆挤压预处理联合生物添加剂提高生物质酶解效率的工艺，于缓冲液中，以透过20～40目筛网的去木质素纤维为底物，所述底物与酪蛋白酸钠充分作用后，再经纤维素酶酶解。本发明通过添加酪蛋白酸钠，降低纤维素酶与预处理后生物质表面残留的木质素间形成的非生产性吸附，从而提高生物质酶解转化低的问题。预处理生物质并添加酪蛋白酸钠，酶解结束时葡萄糖的浓度高达21.72g/L，纤维素生产葡萄糖的转化率为95.97％，预处理与酪蛋白酸钠的共同作用远大于单独作用，尤其是细小纤维与络蛋白酸钠所产生的协同作用尤为突出。

技术领域

本发明属于生物质利用领域，具体涉及一种碱结合双螺杆挤压预处理联合生物添加剂提高生物质酶解效率的工艺。

背景技术

生物质能源作为一种前途光明的可再生资源，极大程度上减弱化石能源广泛利用带来的能源枯竭和环境污染等不可逆问题。其中，我国作为农业大国，小麦秸秆、玉米秸秆以及稻草等农作物残留物可作为生物质能源的重要来源。同时，村镇生物质的回收解决传统处理方式所带来的大气、水体污染以及秸秆还田所带来的土壤板结问题。但村镇生物质内的组分含量、结构复杂性阻碍其酶解糖化高效利用。因此，如何高效利用村镇生物质能源称为一大热点和难点。

目前，村镇生物质主要通过预处理方式去除木质素和/或半纤维素，提高纤维素含量，破坏村镇生物质的生物屏障性。预处理方式根据作用原理不同可分为物理法、化学法和生物法，也可不同方法进行组合达到预处理目的，木质素脱除率随着预处理条件的剧烈程度变化，但生物质本身无法实现木质素全部脱除，残留的木质素成分仍会对纤维素的酶解糖化存在抑制作用，而增加预处理的剧烈程度会造成碳水化合物保留率降低，同时使脱除的木质素形成“木质素液滴”的形式重新吸附到纤维素表面。

由于预处理后的生物质表面仍含有部分木质素组分，且这部分木质素结构、性质发生改变，在酶解体系内可与纤维素酶非生产性结合纤维素酶的碳水结合区域，降低纤维素酶与纤维素的结合机率，从而降低纤维素的酶解糖化效率。目前抑制木质素与纤维素酶非生产性结合的方式主要有化学剂的添加，如：吐温80、聚乙二醇、以及甜菜碱型等表面活性剂。但化学性表面活性剂具有较低的生物相容性且不可回收，对后续工艺流程造成负面影响。或者利用木质素的pH响应性与表面活性剂接枝实现回收重复利用，但回收效率有效且接枝过程工艺复杂、成本较高。生物添加剂可作为木质素阻断剂降低纤维素酶的非生产性吸附，同时具有较高的生物相容性，不会对后续工艺流程产生负面影响。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种碱结合双螺杆挤压预处理联合生物添加剂提高生物质酶解效率的工艺，以解决生物质酶解过程中非生产性吸附纤维素酶的难题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用酪蛋白酸钠和预处理技术提高生物质酶解效率的工艺，于缓冲液中，以透过20～40目筛网的去木质素纤维为底物，所述底物与酪蛋白酸钠充分作用后，再经纤维素酶酶解。

其中，所述去木质素纤维为将生物质脱除木质素后的纤维。

其中，所述筛网的目数优选为30目。

其中，所述缓冲液为柠檬酸钠缓冲液，优选为0.01～0.1M、pH＝4.5～5.5的柠檬酸钠缓冲液，进一步优选为0.05M、pH＝5的柠檬酸钠缓冲液。

其中，如图1所示，所述去木质素纤维的制备方法为将生物质经碱法和双螺杆挤压法结合处理去除木质素，得到去木质素纤维；其中，所述碱法所用碱为0.05～0.15g/L的NaOH水溶液，优选为0.1g/L的NaOH水溶液；生物质与NaOH水溶液的固液比为1kg:(1～3)L，优选为1kg:2L；所述双螺杆运行的温度为50～90℃，优选为70℃；所述涮螺杆运行的转速为100～180r/min，优选为140r/min。

其中，所述去木质素纤维与缓冲液的用量为1g:(15～35)mL，优选为1g:25mL。