專利名稱：一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的方法，具體地說(shuō)是一種綜合利用木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的方法。
背景技術(shù)：
隨著化石燃料資 源的日趨枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，利用再生能源為石化產(chǎn)品的替代品變得愈加重要。而燃料乙醇是生物質(zhì)液體能源的物質(zhì)的主要形式，也是化石燃料最可能的替代品。目前，世界乙醇生產(chǎn)主要以淀粉類(玉米、木薯等)和糖類(甘蔗、甜菜等)作為發(fā)酵的原料。采用微生物法發(fā)酵生產(chǎn)乙醇技術(shù)成熟，但是高昂的原料成本使糧食發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工業(yè)應(yīng)用受到限制，同時(shí)存在與人爭(zhēng)糧與糧爭(zhēng)地等弊端，并且導(dǎo)致糧食價(jià)格持續(xù)走高，因此尋找新的原料勢(shì)在必行。現(xiàn)在科學(xué)家把目光投向成本更為低廉、來(lái)源更廣泛的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)以植物體的形式存在，主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中，纖維素占40%左右，半纖維素占25%左右，木質(zhì)素占20%左右，地球上每年由光合作用生成的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)總量超過(guò)2000億噸，因此木質(zhì)生物質(zhì)是地球上最豐富、最廉價(jià)的可再生資源。如果能以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇，將極大解決人類的能源問(wèn)題，但是在這方面仍存在很多技術(shù)難題尚未解決。目前，在以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇過(guò)程中，遇到的第一個(gè)問(wèn)題是對(duì)半纖維素、纖維素和木質(zhì)素未能很好地綜合利用，現(xiàn)有處理生物質(zhì)的工藝技術(shù)，大多以降解糖類得到乙醇為目的，不能同時(shí)提取得到高純度、高活性的木質(zhì)素，往往把木質(zhì)素作為一個(gè)去除對(duì)象；另一個(gè)最大問(wèn)題是纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率低，酶解的成本過(guò)高(占總生產(chǎn)成本的40-50% )，生產(chǎn)成本過(guò)高，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率低的原因是一方面半纖維素作為分子黏合劑結(jié)合在纖維素和木質(zhì)素之間，而木質(zhì)素具有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，作為支撐骨架包圍并加固著纖維素和半纖維素，木質(zhì)素和半纖維素在空間上可阻礙纖維素分子與酶的接觸，酶可及度差，增加了酶解的難度。因此有必要對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行有效的預(yù)處理，破壞木質(zhì)素和半纖維素的空間障礙，同時(shí)還要避免預(yù)處理產(chǎn)生不利于酶解的酶抑制物(如糠醛，乙酸等)，從而有利于纖維素的酶解；另一方面，纖維素酶對(duì)結(jié)晶纖維素酶促反應(yīng)活力比較低，因此，為了提高纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率，需要提高纖維素酶的活力。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)在綜合利用半纖維素、木質(zhì)素和纖維素時(shí)，對(duì)木質(zhì)素的利用率低且纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率低的問(wèn)題，從而提出了一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)綜合利用的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法，該方法包括以下步驟
(a)對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行酸水解，分離后得到戊糖溶液和酸水解殘?jiān)?b)用堿溶液處理所述酸水解殘?jiān)?，從而提取堿木質(zhì)素；(c)使用纖維素酶對(duì)步驟(b)中所述堿溶液處理得到的堿解殘?jiān)M(jìn)行酶解，得到葡萄糖溶液和酶解殘?jiān)隼w維素酶為由一株青霉菌培養(yǎng)得到的纖維素酶，該青霉菌分類命名為Penicillium decumbens ro_G3_08，已保藏于武漢大學(xué)中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，其保藏編號(hào)是CCTCC M 2011195 ;保藏日期是2011年6月13號(hào)；(d)步驟(C)完成后，將得到的所述酶解殘?jiān)祷夭襟E(b)進(jìn)行堿溶液處理或?qū)⑺雒附鈿堅(jiān)c新的酸水解殘?jiān)喜⒑笤龠M(jìn)行步驟(b)的堿溶液處理，然后依次進(jìn)行步驟(C)和(d)，如此循環(huán)，從而進(jìn)一步提取木質(zhì)素和進(jìn)行纖維素酶解。所述酸溶液的種類沒(méi)有特別的限定，可以是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行酸水解的常規(guī)使用的酸，例如酸可以為硫酸、鹽酸、硝酸和磷酸中的一種或幾種。所述酸水解的溫度為100_150°C，時(shí)間為0. 5-3小時(shí)進(jìn)行所述酸水解時(shí)，酸溶液的濃度為0. 5-30重量％ (如選用的酸為強(qiáng)酸，則酸溶液的濃度較低，約為0. 5-5重量％，如選用的酸為弱酸，則酸溶液的濃度較高，約為5-30重量％ )。所述酸溶液為磷酸溶液，所述磷酸溶液的濃度為1-20重量％。所述木質(zhì)纖維素生物質(zhì)可以為玉米秸桿、麥秸、稻秸、甘蔗渣、棉柴、棉子殼、玉米芯、稻草、高粱桿、闊葉木材和木片的一種或幾種。根據(jù)原料情況進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)原料進(jìn)行切割或粉碎，接著對(duì)該秸桿段進(jìn)行洗滌除塵。所述堿溶液處理在40_100°C下進(jìn)行。所述堿溶液處理中液固體積比為5 1-20 1。所述堿溶液處理中堿溶液的濃度為0. 8-5重量％。所述堿溶液處理的時(shí)間為1-6小時(shí)。各種堿都可以用于本發(fā)明,包括但不限于氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氨水等。但是，根據(jù)某些優(yōu)選實(shí)施方案，堿溶液為氫氧化鈉的水溶液。所述纖維素酶解的條件為底物用量為80_150g/L，纖維素酶的添加量為10-15FPU/g纖維素，溫度為45-55°C、pH為4-6、攪拌轉(zhuǎn)速為50_200rpm，酶解轉(zhuǎn)化時(shí)間為2-7 天。本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用了先酸水解，再堿解，最后酶解的工藝路線，由于所用的纖維素酶為由一株青霉菌培養(yǎng)得到的纖維素酶，該青霉菌分類命名為Penicillium decumbensro-G3-08，已保藏于武漢大學(xué)中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，其保藏編號(hào)是CCTCC M 2011195，采用該青霉菌生產(chǎn)的纖維素酶具有較高的活力，提高了纖維素酶解的提取率；本發(fā)明同時(shí)采用循環(huán)工藝分別對(duì)纖維素、木質(zhì)素進(jìn)行交替提取處理，一方面提高了纖維素和木質(zhì)素的提取率，另一方面通過(guò)這種方法可以減弱酸解、堿解的處理?xiàng)l件，從而進(jìn)一步保護(hù)木質(zhì)素和纖維素不被破壞，使木質(zhì)素和纖維素的利用最大化；由此可見，本發(fā)明的上述方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用問(wèn)題，使資源利用達(dá)到了最大化。2.本發(fā)明所用的由青霉菌培養(yǎng)得到的纖維素酶，在底物用量為80_150g/L，纖維素酶的添加量為10-15FPU/g纖維素，溫度為45-55°C、pH為4-6、攪拌轉(zhuǎn)速為50_200rpm，酶解轉(zhuǎn)化時(shí)間為2-7天的條件下，酶解轉(zhuǎn)化率最高。3.所述酸水解中反應(yīng)的溫度為100_150°C，時(shí)間為0. 5-3小時(shí)，該溫度和時(shí)間下既能將半纖維素水解的比較徹底，又能夠阻止酸性條件下高溫和反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)木質(zhì)素和纖維素的破壞。4、本發(fā)明酸水解所用的酸為磷酸溶液，且磷酸溶液的濃度為1-20重量％時(shí)，最大限度避免了大量破壞木質(zhì)素及纖維素，且由于磷酸腐蝕性較弱，因此，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單、使用時(shí)間長(zhǎng)。5.本發(fā)明堿溶液處理的條件采用的液固比、堿用量、溫度和時(shí)間，最終得到的堿木質(zhì)素的活性非常高。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1是本發(fā)明工藝流程的·示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。以下實(shí)施例所使用的自制纖維酶均由青霉菌培養(yǎng)得到，具體的培養(yǎng)方法為⑷菌種增殖培養(yǎng)將命名編號(hào)為Penicillium decumbens ^)-63-08青霉菌種子液以5% (v/v)的接種量接入到經(jīng)過(guò)121°C滅菌30min的含有種子培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中進(jìn)行活化，保持罐壓0. 02-0. 05MPa、通氣量0. 5vvm、攪拌轉(zhuǎn)速100-150rpm、30°C培養(yǎng)30-60小時(shí)，得到活化后的
種子液。所述種子培養(yǎng)基中的組分及用量為取實(shí)施例1的酸水解殘?jiān)?0_30g/L、麩皮20-50g/L、蛋白胨l_4g/L、硫酸銨2-4g/L、其余為水。所述種子培養(yǎng)基中的組分及用量?jī)?yōu)選為酸水解殘?jiān)?0g/L、麩皮40g/L、蛋白胨3g/L、硫酸銨3g/L、其余為水。(B)制備纖維素酶將步驟(A)獲得種子液以10% (v/v)的接種量接入已經(jīng)滅菌的裝有3L發(fā)酵培養(yǎng)基的5L發(fā)酵罐中，發(fā)酵過(guò)程中添加消泡劑控制發(fā)泡，保持罐壓0. 02-0. 05MPa、通氣量
0.5-0. 6vvm、攪拌轉(zhuǎn)速100-150rpm、30°C培養(yǎng)80-136小時(shí)，得到發(fā)酵液。所述發(fā)酵培養(yǎng)基中各組分用量分別為酸水解殘?jiān)?0_50g/L、麩皮20_50g/L、微晶纖維素或羧甲基纖維素4-8g/L、硫酸銨2-5g/L、磷酸二氫鉀2-4g/L、硫酸鎂0. 4-0. 6g/L、其余為水，培養(yǎng)基初始pH為5. 0-6. O。所述發(fā)酵培養(yǎng)基中各組分用量?jī)?yōu)選為酸水解殘洛45g/L、麩皮35g/L、微晶纖維素5g/L、硫酸銨4g/L、磷酸二氫鉀3g/L、硫酸鎂0. 6g/L、其余為水，培養(yǎng)基初始pH為5. 0-6. O0得到的發(fā)酵液SOOOrpm離心取得上清液，即得含有纖維素酶的粗酶液，該粗酶液可直接用于纖維素的酶解。( 二)按下述方法測(cè)試以下實(shí)施例中木質(zhì)素的各種性能木質(zhì)素含量的測(cè)定包括酸不溶木質(zhì)素及酸可溶木質(zhì)素。其中酸不溶木質(zhì)素的測(cè)定采用Klason法，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T2677. 8-94進(jìn)行；酸可溶木質(zhì)素根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 10337-89進(jìn)行。水分的測(cè)定根據(jù)GB/T 2667. 3-93進(jìn)行。以下實(shí)施例參見圖1。以下實(shí)施例中酸水解溫度對(duì)應(yīng)的壓力均為飽和水蒸汽的壓力，因此不再為每個(gè)實(shí)施例給出壓力數(shù)據(jù)。以下實(shí)施例中，除有特殊說(shuō)明外，所用百分含量均表示重量百分含量，S卩“ 表示“重量％”。實(shí)施例1(I)酸水解

將10. 6kg玉米芯(質(zhì)量成分組成水分6. 12 %、纖維素35. 19 %、半纖維素32.1 %、木質(zhì)素23. 7 %、其它2. 95%，下同)打碎，用水洗滌除塵，然后用80kg磷酸溶液進(jìn)行水解，磷酸溶液的質(zhì)量濃度為10%，酸水解的溫度為120°C，時(shí)間為I小時(shí)，水解完成后分離得到的酸水解殘?jiān)臀焯侨芤?，用IOkg水清洗所述酸水解殘?jiān)?，清洗液與所述戊糖溶液合并，最后得到19. 64kg酸水解殘?jiān)?含水量為65%左右，半纖維素的絕干含量為
15.87%、木質(zhì)素的絕干含量為31. 75%、纖維素的絕干含量為47. 81% )和80. 34kg戊糖溶液，戊糖溶液的濃度為2. 89%。則半纖維素的提取率為68%。半纖維素提取率的計(jì)算公式如下半纖維素的提取率％ =(戊糖溶液質(zhì)量X戊糖溶液濃度)/ (玉米芯質(zhì)量X玉米芯中半纖維素的含量)X 100%。(2)堿溶液提取堿木質(zhì)素將本實(shí)施例步驟(I)中得到全部酸水解殘?jiān)c氫氧化鈉溶液混合，液固體積比為5 1，氫氧化鈉的濃度為3%，升溫至70°C，經(jīng)過(guò)I小時(shí)的蒸煮堿解，分離得到堿解殘?jiān)蛪A木質(zhì)素溶液，用IOkg水清洗所述堿解殘?jiān)?，清洗液與所述堿木質(zhì)素溶液合并；最終得到
16.62kg堿解殘洛(含水量為65%左右)，堿木質(zhì)素溶液的質(zhì)量為34. 62kg,堿木質(zhì)素溶液中堿木質(zhì)素的含量為2. 85%,堿木質(zhì)素提取率為39%。堿木質(zhì)素提取率的公式如下堿木質(zhì)素的提取率％=(堿木質(zhì)素溶液的質(zhì)量X堿木質(zhì)素溶液中木質(zhì)素的含量)/(玉米芯質(zhì)量X玉米芯中木質(zhì)素的含量)X 100%(3)纖維素酶解、并發(fā)酵制備乙醇所述酶解的條件為纖維素酶為上述青霉素(Penicillium decumbens PD-G3-08,已保藏于武漢大學(xué)中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，其保藏編號(hào)是CCTCC M 2011195，下同)培養(yǎng)得到的纖維素酶，取步驟(2)所述堿溶液處理得到的全部殘?jiān)鳛槔w維素底物，按照15FPU/g纖維素的添加量添加纖維素酶,纖維素底物用量為150g/L,在溫度為48°C、pH為
5.O、攪拌轉(zhuǎn)速50rpm的條件下，酶解轉(zhuǎn)化7天，整個(gè)酶解過(guò)程無(wú)需保壓，最后得到酶解殘?jiān)鼮?1. 48kg (含水量為65%左右)，還得到葡萄糖溶液，質(zhì)量為44. 6kg，濃度為4. 03%，纖維素的提取率達(dá)48 。纖維素的提取率的公式如下纖維素的提取率％=(葡萄糖溶液的質(zhì)量X葡萄糖溶液的濃度)/(玉米芯質(zhì)量X玉米芯中纖維素的含量)X 100%葡萄糖溶液生產(chǎn)乙醇的工藝為現(xiàn)有工藝，在此不再贅述，其它實(shí)施例相同。(4)循環(huán)處理將步驟(3)得到的全部酶解殘?jiān)祷夭襟E(2)進(jìn)行第二次堿溶液處理，第二次堿溶液處理與本實(shí)施例中步驟(2)所述的堿溶液處理的條件相同；得到9. 02kg第二次堿解殘洛(含水率為65%左右)和20. 08kg堿木質(zhì)素溶液,堿木質(zhì)素溶液中堿木質(zhì)素的含量為4. 28% ;則第二次堿木質(zhì)素的提取率為34% ；對(duì)所述第二次堿解殘?jiān)M(jìn)行第二次酶解，第二次酶解的條件與本實(shí)施例中步驟
(3)中所述酶解的條件相同；得到質(zhì)量為24. 21kg、濃度為4. 33%的葡萄糖溶液，則第二次纖維素的提取率為28%。綜上所述，玉米芯的半纖維素的提取率為68 %，纖維素總的提取率為76 %，木質(zhì)素的總提取率為73%。實(shí)施例2(I)酸水解將10. 6kg玉米芯打碎， 用水洗滌除塵，然后用80kg磷酸溶液進(jìn)行水解，磷酸溶液的質(zhì)量濃度為20%,酸水解的溫度為100°C,時(shí)間為0. 5小時(shí),水解完成后分離得到的酸水解殘?jiān)臀焯侨芤?，用IOkg水清洗所述酸水解殘?jiān)逑匆号c所述戊糖溶液合并，最后得到19. 35kg酸水解殘?jiān)?含水量為65%左右，半纖維素的絕干含量為15. 10%、木質(zhì)素的絕干含量為31. 79%、纖維素的絕干含量為48. 47% )和80. 63kg戊糖溶液，戊糖溶液的濃度為2. 96%。則半纖維素的提取率為70%。(2)堿溶液提取堿木質(zhì)素將本實(shí)施例步驟(I)得到全部酸水解殘?jiān)c氫氧化鈉溶液混合，按照液固體積比為20 1，氫氧化鈉的濃度為0.8%，升溫至100°C，經(jīng)過(guò)2小時(shí)的蒸煮堿溶，分離得到堿解殘?jiān)蛪A木質(zhì)素溶液，用IOkg水清洗所述堿解殘?jiān)?，清洗液與所述堿木質(zhì)素溶液合并；最終得到16. 19kg堿解殘?jiān)?含水率65%左右)，堿木質(zhì)素溶液的質(zhì)量為136. 05kg，堿木質(zhì)素溶液中堿木質(zhì)素的含量為0. 76%,堿木質(zhì)素提取率為41%。(3)纖維素酶解所述酶解的條件為纖維素酶為上述青霉素(Penicillium decumbens PD-G3-08)培養(yǎng)得到的纖維素酶，取步驟(2)所述堿溶液處理得到的殘?jiān)?2. 94kg作為纖維素底物，按照10FPU/g纖維素的添加量添加纖維素酶,纖維素底物用量為125g/L,在溫度為45°C、pH為
6、攪拌轉(zhuǎn)速為200rpm的條件下，酶解轉(zhuǎn)化4天，整個(gè)酶解過(guò)程無(wú)需保壓。得到的酶解殘?jiān)鼮?1. 15kg (含水量為65%左右)，得到葡萄糖溶液，質(zhì)量為45. 33kg，濃度為3. 89%，纖維素的提取率為47%。(4)循環(huán)處理將步驟(3)得到的全部酶解殘?jiān)祷夭襟E(2)進(jìn)行第二次堿溶液處理，第二次堿溶液處理與本實(shí)施例中步驟(2)所述的堿溶液處理的條件相同；得到8. 63kg第二次堿解殘洛(含水率為65%左右)和78. 36kg堿木質(zhì)素溶液,堿木質(zhì)素溶液中堿木質(zhì)素的含量為1.13% ;則第二次堿木質(zhì)素的提取率為35% ；對(duì)所述第二次堿解殘?jiān)M(jìn)行第二次酶解，第二次酶解的條件與本實(shí)施例中步驟
(3)中所述酶解的條件相同；得到質(zhì)量為24. 16kg、濃度為4. 19%的葡萄糖溶液，則第二次纖維素的提取率為27%。綜上所述，玉米芯的半纖維素的提取率為70%，纖維素總的提取率為74%，木質(zhì)素的總提取率為76%。實(shí)施例3(I)酸水解將10. 6kg玉米芯打碎，用水洗滌除塵，然后用80kg磷酸溶液進(jìn)行水解，磷酸溶液的質(zhì)量濃度為5%，酸水解的溫度為150°C，時(shí)間為I小時(shí)，水解完成后分離得到的酸水解殘?jiān)臀焯侨芤?，用IOkg水清洗所述酸水解殘?jiān)?，清洗液與所述戊糖溶液合并，最后得到20. 02kg酸水解殘?jiān)?含水 量為65%左右，半纖維素的絕干含量為16. 05%、木質(zhì)素的絕干含量為31. 5%、纖維素的絕干含量為47. 97% )和79. 96kg戊糖溶液，戊糖溶液的濃度為2.86%。則半纖維素的提取率為67%。(2)堿溶液提取堿木質(zhì)素將本實(shí)施例步驟(I)得到全部酸水解殘?jiān)c氫氧化鈉溶液混合，按照液固體積比為10 1，氫氧化鈉的濃度為5%，升溫至40°C，經(jīng)6小時(shí)的蒸煮堿溶，分離得到堿解殘?jiān)蛪A木質(zhì)素溶液，用IOkg水清洗所述堿解殘?jiān)?，清洗液與所述堿木質(zhì)素溶液合并；最終得到
17.15kg堿解殘洛(含水率65%左右)，堿木質(zhì)素溶液的質(zhì)量為69. 94kg,堿木質(zhì)素溶液中堿木質(zhì)素的含量為1. 34%,堿木質(zhì)素提取率為37%。(3)纖維素酶解所述酶解的條件為纖維素酶為上述青霉素(Penicillium decumbens PD-G3-08)培養(yǎng)得到的纖維素酶，取步驟(2)所述堿溶液處理得到的殘?jiān)?2. 94kg作為纖維素底物，按照12FPU/g纖維素的添加量添加纖維素酶，纖維素底物用量為80g/L，在溫度為55°C、pH為4、攪拌轉(zhuǎn)速為IOOrpm的條件下，酶解轉(zhuǎn)化2天，整個(gè)酶解過(guò)程無(wú)需保壓。得到的酶解殘?jiān)鼮?1. 58kg (含水率為65%左右)，得到葡萄糖溶液，質(zhì)量為81. 02kg，濃度為2. 41%，纖維素的提取率為52%。(4)循環(huán)處理將步驟(3)得到的全部酶解殘?jiān)祷夭襟E(2)進(jìn)行第二次堿溶液處理，第二次堿溶液處理與本實(shí)施例中步驟(2)所述的堿溶液處理的條件相同；得到9. 12kg第二次堿解殘洛(含水率為65%左右)和20. 19kg堿木質(zhì)素溶液,堿木質(zhì)素溶液中堿木質(zhì)素的含量為4. 26% ;則第二次堿木質(zhì)素的提取率為34% ；對(duì)所述第二次堿解殘?jiān)M(jìn)行第二次酶解，第二次酶解的條件與本實(shí)施例中步驟
(3)中所述酶解的條件相同；得到質(zhì)量為43. 11kg、濃度為1. 74%的葡萄糖溶液，則第二次纖維素的提取率為20%。綜上所述，玉米芯的半纖維素的提取率為67 %，纖維素總的提取率為72 %，木質(zhì)素的總提取率為71%。實(shí)施例4
(I)酸水解首先將為11. 12kg的麥秸桿(質(zhì)量成分組成水分10.1 %、纖維素44%、半纖維素22. 2%、木質(zhì)素17%、其它6. 7% )打碎，用水洗滌除塵，然后用硫酸溶液進(jìn)行水解，硫酸溶液的質(zhì)量濃度為O. 5%，進(jìn)行酸水解的溫度為130°C、壓力為O. 27MPa，時(shí)間為3小時(shí)，水解完成后分離得到的，酸水解殘?jiān)臀焯侨芤旱玫降乃崴鈿堅(jiān)肐Okg水清洗后，然后清洗液與戊糖溶液合并，最后得到21. 87kg酸水解殘?jiān)?含水量為65%左右，半纖維素的絕干含量為11. 61 %、木質(zhì)素的絕干含量為22. 03%、纖維素的絕干含量為56. 63% )，戊糖溶液78. 1kg，戊糖濃度為2. 02%，半纖維素提取率為64%。(2)堿溶液提取堿木質(zhì)素將本實(shí)施例步驟(I)得到全部的酸水解殘?jiān)c氫氧化鉀溶液混合，液固體積比為5 1，氫氧化鉀的濃度為3.0%，升溫至70°C，經(jīng)過(guò)I小時(shí)的蒸煮堿解，分離得到堿解殘?jiān)蛪A木質(zhì)素溶液，用IOkg水清洗所述堿解殘?jiān)逑匆号c所述堿木質(zhì)素溶液合并；最終得到19. 72kg堿解殘洛,堿木質(zhì)素溶液的質(zhì)量為36. 21kg,堿木質(zhì)素溶液中堿木質(zhì)素的含量為1. 88%,堿木質(zhì)素提取率為36%。(3)纖維素酶解所述酶解的條件同實(shí)施例2步驟(3)。得到的酶解殘?jiān)鼮?2. 87kg(含水量為65%左右)，得到葡萄糖溶液，質(zhì)量為55. 21kg，濃度為4. 34%，纖維素的提取率為49%。(4)循環(huán)處理將步驟(3)中的全部酶解殘?jiān)祷夭襟E(2)中，與新的酸水解殘?jiān)?另一批麥秸桿經(jīng)過(guò)酸水解后得到的酸水解殘?jiān)?合并后再進(jìn)行再堿溶液處理，堿溶液處理完成，再進(jìn)行步驟(3)纖維素酶解，然 后再將酶解殘?jiān)祷夭襟E(2)中，再次與新的酸水解殘?jiān)喜ⅲ绱丝梢孕纬裳h(huán)處理。采用上述方法對(duì)111. 2kg麥秸桿進(jìn)行處理，最終得到半纖維素的提取率為64%，纖維素的總提取率為77%,木質(zhì)素的總提取率為78%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，酸溶液采用重量百分濃度為30%的弱酸時(shí)，對(duì)木質(zhì)素和纖維素的破壞較小，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。而磷酸溶液的濃度為1%時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，只是酸水解所需要的時(shí)間和反應(yīng)溫度需要相應(yīng)增加。對(duì)比例I工藝和方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于步驟(3)纖維素酶解所用的纖維酶為市售纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司、4w單位)，只進(jìn)行一次纖維素酶解，不進(jìn)行步驟(4)的循環(huán)處理，得到質(zhì)量為46. 51kg、濃度為2. 58%的葡萄糖溶液。纖維素的提取率為32%。對(duì)比例2工藝和方法同實(shí)施例2，不同點(diǎn)在于步驟(3)纖維素酶解所用的纖維酶為市售纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司、4w單位)，只進(jìn)行一次纖維素酶解，不進(jìn)行步驟(4)的循環(huán)處理，得到質(zhì)量為45. 1kg、濃度為2. 58%的葡萄糖溶液。纖維素的提取率為30%。對(duì)比例3工藝和方法同實(shí)施例4，不同點(diǎn)在于步驟(3)纖維素酶解所用的纖維酶為市售纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司、4w單位)，只進(jìn)行一次纖維素酶解，不進(jìn)行步驟(4)的循環(huán)處理，得到質(zhì)量為55.1lkg、濃度為2. 75%的葡萄糖溶液。纖維素的提取率為31%。
顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造 的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (a)對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行酸水解，分離后得到戊糖溶液和酸水解殘?jiān)? (b)用堿溶液處理所述酸水解殘?jiān)?，從而提取堿木質(zhì)素； (C)使用纖維素酶對(duì)步驟(b)中所述堿溶液處理得到的堿解殘?jiān)M(jìn)行酶解，得到葡萄糖溶液和酶解殘?jiān)凰隼w維素酶為由一株青霉菌培養(yǎng)得到的纖維素酶，該青霉菌分類命名為Penicillium decumbens ro_G3_08，已保藏于武漢大學(xué)中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，其保藏編號(hào)是CCTCC M 2011195 ； (d)步驟(c)完成后，將得到的所述酶解殘?jiān)祷夭襟E(b)進(jìn)行堿溶液處理或?qū)⑺雒附鈿堅(jiān)c新的酸水解殘?jiān)喜⒑笤龠M(jìn)行步驟(b)的堿溶液處理，然后依次進(jìn)行步驟(C)和(d)，如此循環(huán)，從而進(jìn)一步提取木質(zhì)素和進(jìn)行纖維素酶解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述酸水解的溫度為100-150°C，時(shí)間為O.5-3小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于進(jìn)行所述酸水解時(shí)，酸溶液的濃度為O.5-30 重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述酸溶液為磷酸溶液，所述磷酸溶液的濃度為1-20重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述堿溶液處理在40-100°C下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述堿溶液處理中液固體積比為5 1-20 I。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述堿溶液處理中堿溶液的濃度為O. 8-5重量％。
8.據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述堿溶液處理的時(shí)間為1-6小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述纖維素酶解的條件為底物用量為80-150g/L，纖維素酶的添加量為10-15FPU/g纖維素，溫度為45_55°C、pH為4-6、攪拌轉(zhuǎn)速為50-200rpm，酶解轉(zhuǎn)化時(shí)間為2_7天。
全文摘要
一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的綜合利用方法，包括以下步驟(a)對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行酸水解，分離后得到戊糖溶液和酸水解殘?jiān)?b)用堿溶液處理所述酸水解殘?jiān)瑥亩崛A木質(zhì)素；(c)使用纖維素酶對(duì)步驟(b)中所述堿溶液處理得到的堿解殘?jiān)M(jìn)行酶解，得到葡萄糖溶液和酶解殘?jiān)?；所述纖維素酶為由一株青霉菌培養(yǎng)得到的纖維素酶，該青霉菌分類命名為Penicillium decumbens PD-G3-08，(d)將得到的所述酶解殘?jiān)祷夭襟E(b)進(jìn)行堿溶液處理或?qū)⑺雒附鈿堅(jiān)c新的酸水解殘?jiān)喜⒑笤龠M(jìn)行步驟(b)的堿溶液處理，然后依次進(jìn)行步驟(c)和(d)，如此循環(huán)，從而進(jìn)一步提取木質(zhì)素和進(jìn)行纖維素酶解。上述方法提高了纖維素酶解的轉(zhuǎn)化率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源的綜合利用。
文檔編號(hào)C12P19/14GK103045697SQ20111030951
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者唐一林, 高紹豐, 張恩選, 韓文斌, 崔建麗, 栗昭爭(zhēng), 馬軍強(qiáng), 劉潔, 江成真 申請(qǐng)人:濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司