專利名稱：一種改進的木質纖維素原料的預處理方法
一種改進的木質纖維素原料的預處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物能源領域，具體的是一種改進的木質纖維素原料的預處理方法。背景技術：
木質纖維素原料的結構復雜，半纖維素和木質素通過共價鍵聯(lián)結成網(wǎng)狀結構，將 纖維素緊緊包裹起來，要直接對木質纖維素進行酶解或生物轉化必須首先對原料進行預處 理，來降低纖維素的聚合度和結晶度，破壞木質素、半纖維素的結合層，部分或全部脫去木 質素，增加纖維素的酶解性。因此，預處理方法對于以木質纖維素為原料的生物煉制工業(yè)的 發(fā)展至關重要。目前，對木質纖維素的預處理方法主要有物理法、化學法、物理化學法和生物預處 理等方法。物理法主要有機械法、高溫熱水預處理等方法，盡管這類預處理方法可以提高纖 維素在酶解時的轉化率，但是其能耗過大且預處理效果有限而使其不能廣泛應用；化學法 主要有酸處理、堿處理、有機溶劑預處理等方法，這些預處理方法可以顯著促進纖維素的酶 解效率，但是存在著對環(huán)境污染嚴重，污水處理成本高的問題；生物預處理主要是利用白腐 真菌類微生物降解木質素，從而提高纖維素的酶解效率，但是生物預處理的周期很長，而且 預處理效果一般。物理化學法包括高溫稀酸預處理、蒸汽膨爆預處理、氨纖維膨爆預處理等是當前 研究的最為深入、應用也最為廣泛的木質纖維素預處理方法。物理化學類的預處理方法能 夠有效的破壞木質纖維素的固有結構，有效提高纖維素的酶解效率，但是它們都存在著預 處理強度高、能耗太大、且預處理過程中生成一些抑制物組分，不利于木質纖維素酶解后的 后續(xù)發(fā)酵和生物煉制過程。因此，開發(fā)一種節(jié)能、高效、成本低廉的預處理方法對以木質纖 維素為原料的生物煉制產(chǎn)業(yè)具有明顯的推動作用。

發(fā)明內容本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有木質纖維素原料預處理技術的不足，提供一種改進的木 質纖維素原料的預處理方法，降低預處理過程的能耗，減少預處理過程產(chǎn)生的抑制物，強化 預處理效果，提高木質纖維素原料的酶解性，有利于對木質纖維素酶解產(chǎn)物的再加工過程。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的—種改進的木質纖維素原料的預處理方法，具體步驟為(1)將木質纖維素原料進行粗切，除去秸稈粗粒中的沙石雜物；所述的木質纖維素原料選自玉米秸稈、麥稈、稻草、棉稈、油菜稈、甜高粱莖稈、甘 蔗渣、木屑、廢紙、柳枝稷或者麻風樹籽殼中的一種或幾種混合物；粗切的方法包括磨碎、切碎、壓碎、碾碎、粉碎和撕碎；粗切后的木質纖維素粗粒長 度為0. 1 10cm，優(yōu)選長度為1 5cm ；(2)將步驟⑴得到的粗粒在預處理反應器進行預處理；預處理采用的方法選自蒸汽膨爆預處理方法、高溫稀酸預處理方法、高溫SO2預處理方法、氨纖維膨爆預處理方法、液氨循環(huán)滲透預處理方法、二氧化碳膨爆預處理方法、堿 石灰預處理方法或者濕氧化法中的一種或幾種組合方法；(3)在預處理結束后，將預處理后的木質纖維素物料進行進一步粉碎至0. 1 IOmm的木質纖維素細粒；粉碎的方法包括磨碎、切碎、壓碎、碾碎、粉碎、撕碎等；粉碎后的木質纖維素細粒 的長度為0. 1 10mm，優(yōu)選長度為0. 1 Imm ；(4)將步驟(3)得到的木質纖維素細粒，其進入下一步的酶水解和發(fā)酵加工過程；酶水解中采用的酶選自纖維素酶、纖維二糖酶、木聚糖酶、木質素酶、酯酶或者果 膠酶中的一種或幾種混合酶；發(fā)酵加工過程包括對木質纖維素物料酶水解得到產(chǎn)物的乙醇發(fā)酵、沼氣發(fā)酵以及 所有以木質纖維素酶解糖為平臺的生物煉制過程。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的積極效果是(1)本發(fā)明的原料來源廣泛，適用于所有的木質纖維素原料，包括玉米秸稈、麥稈、 稻稈、棉稈、油菜稈、甜高粱莖稈、甘蔗渣、木屑、廢紙、柳枝稷、麻風樹籽殼等原料中的一種 或幾種的組合；(2)本發(fā)明適用于幾乎所有的預處理方法，包括蒸汽汽爆預處理方法、高溫稀酸預 處理方法、高溫SO2預處理方法、氨纖維膨爆預處理方法、液氨循環(huán)滲透預處理方法、二氧化 碳膨爆預處理方法、堿石灰預處理方法、濕氧化法等預處理方法中的一種或幾種的組合預 處理方法；(3)本發(fā)明將傳統(tǒng)的預處理之后增加了木質纖維素顆粒的磨碎處理，降低了木質 纖維素前處理過程中的粗切強度，在強化預處理效果的同時，大大降低了預處理過程的能 耗，節(jié)約了預處理的成本；(4)經(jīng)過本發(fā)明處理后的木質纖維素原料的酶解程度高，生物煉制產(chǎn)物的得率較
尚ο
具體實施方式以下提供本發(fā)明是一種改進的木質纖維素原料的預處理方法的具體實施方式
。實施例1將風干的玉米秸稈粗切成0. 1 IOcm長，除去物料中的沙石等雜物，將秸稈置于 預處理反應器進行蒸汽爆破預處理，將預處理后的秸稈進行磨碎處理，得到5 IOmm的木 質纖維素細粒，將磨碎后的秸稈放入三角搖瓶中，固體含量達5% (w/w)，并加入纖維素酶 AccelleraselOOO ，酶量為7FPU/gDM，50 °C，200rpm水浴搖床酶解24h，纖維素的轉化率可 以達到71. 06%，半纖維素轉化率為10. 46%。實施例2將風干的玉米秸稈粗切成0. 1 IOcm長，除去物料中的沙石等雜物，將秸稈置于預處理反應器進行蒸汽爆破預處理，將預處理后的秸稈進行磨碎處理，得到0. 1 5mm的木 質纖維素細粒，將磨碎后的秸稈放入三角搖瓶中，固體含量達5% (w/w)，并加入纖維素酶 AccelleraselOOO ,酶量為7FPU/gDM，50°C，200rpm水浴搖床酶解24h，纖維素的轉化率可 以達到71. 88%，半纖維素轉化率為10. 86%。
實施例3將風干的玉米秸稈粗切成0. 1 IOcm長，除去物料中的沙石等雜物，將秸稈置于預處理反應器進行蒸汽爆破預處理，將預處理后的秸稈進行磨碎處理，得到0. 1 IOmm的 木質纖維素細粒，將磨碎后的秸稈放入生物反應器中，固體含量達30% (w/w)，加入纖維素 酶 AccelleraselOOO ，酶量為 15FPU/gDM，50°C、200rpm進行預酶解，12h 后接入 10% (ν/ν) 的釀酒酵母菌，370C、150rpm進行同步糖化與發(fā)酵，72h后結束發(fā)酵。發(fā)酵液中乙醇濃度可 達58. 68g/L，纖維素的轉化率為75. 43%。本發(fā)明所涉及的秸稈的處理方法不限于蒸汽爆破預處理，還可以為高溫稀酸預處 理方法、高溫SO2預處理方法、氨纖維膨爆預處理方法、液氨循環(huán)滲透預處理方法、二氧化碳 膨爆預處理方法、堿石灰預處理方法或者濕氧化法中的一種或幾種組合方法。本發(fā)明所涉及的酶不限于纖維素酶，還可以為纖維二糖酶、木聚糖酶、木質素酶、 酯酶或者果膠酶中的一種或幾種混合酶。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為 本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，具體步驟為(1)將木質纖維素原料進行粗切，除去秸稈粗粒中的沙石雜物；(2)將步驟(1)得到的粗粒在預處理反應器進行預處理；(3)在預處理結束后，將預處理后的木質纖維素物料進行進一步粉碎至0.1～10mm的木質纖維素細粒；(4)將步驟(3)得到的木質纖維素細粒，其進入下一步的酶水解和發(fā)酵加工過程。
2.如權利要求1所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，在所 述的步驟(1)中，所述的木質纖維素原料選自玉米秸稈、麥稈、稻草、棉稈、油菜稈、甜高粱 莖稈、甘蔗渣、木屑、廢紙、柳枝稷或者麻風樹籽殼中的一種或幾種混合物。
3.如權利要求1所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，在所 述的步驟(1)中，粗切的方法包括磨碎、切碎、壓碎、碾碎、粉碎和撕碎；粗切后的木質纖維 素粗粒長度為0. 1 10cm。
4.如權利要求3所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，粗切 后的木質纖維素粗粒長度為1 5cm。
5.如權利要求1所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，在所 述的步驟(2)中，預處理采用的方法選自蒸汽膨爆預處理方法、高溫稀酸預處理方法、高溫 SO2預處理方法、氨纖維膨爆預處理方法、液氨循環(huán)滲透預處理方法、二氧化碳膨爆預處理 方法、堿石灰預處理方法或者濕氧化法中的一種或幾種組合方法。
6.如權利要求1所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，在所 述的步驟(3)中，粉碎的方法包括磨碎、切碎、壓碎、碾碎、粉碎和撕碎；粉碎后的木質纖維 素細粒的長度為0. 1 10mm。
7.如權利要求6所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，粉碎 后的木質纖維素細粒的長度為0. 1 1mm。
8.如權利要求1所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，在所 述的步驟(4)中，酶水解中采用的酶選自纖維素酶、纖維二糖酶、木聚糖酶、木質素酶、酯酶 或者果膠酶中的一種或幾種混合酶。
9.如權利要求1所述的一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其特征在于，在所 述的步驟(4)中，發(fā)酵加工過程包括對木質纖維素物料酶水解得到產(chǎn)物的乙醇發(fā)酵、沼氣 發(fā)酵以及以木質纖維素酶解糖為平臺的所有生物煉制過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進的木質纖維素原料的預處理方法，其具體步驟為(1)將木質纖維素原料進行粗切，除去秸稈粗粒中的沙石雜物；(2)將步驟(1)得到的粗粒在預處理反應器進行預處理；(3)在預處理結束后，將預處理后的木質纖維素物料進行進一步粉碎至0.1～10mm的木質纖維素細粒；(4)將步驟(3)得到的木質纖維素細粒，其進入下一步的酶水解和發(fā)酵加工過程。本發(fā)明的優(yōu)點在強化預處理效果的同時，降低了預處理過程的能耗和成本，減少了抑制物的產(chǎn)生，同時增強了木質纖維素原料的可酶解性。
文檔編號C12P1/00GK101824436SQ200910047150
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權日2009年3月6日 公開號200910047150.發(fā)明者張建, 朱培, 楚德強, 畢德璽, 蘆晨陽, 范超, 鮑杰 申請人:華東理工大學 被以下專利引用 (2),