一種提高木質(zhì)纖維素糖化效果的生物-化學(xué)組合處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維素制取生物乙醇預(yù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體來講是一種細(xì)菌Sphingobacterium sp.LD-1與堿/尿素預(yù)處理木質(zhì)纖維素的組合工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源危機(jī)的加劇，目前對可替代能源的開發(fā)研究成為熱點(diǎn)問題。木質(zhì)纖維素制取燃料乙醇由于具有較高的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值受到各方關(guān)注。第一代生物質(zhì)燃料乙醇以糖類和淀粉類等為原料，但面臨著成本上升、與人爭地的問題；以農(nóng)林廢棄物作為第二代生物質(zhì)原料制取燃料乙醇成為最適合的替代能源之一。
[0003]木質(zhì)纖維素是植物光合作用的主要產(chǎn)物，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。其中纖維素是骨骼物質(zhì)，木質(zhì)素和半纖維素以包容物質(zhì)的形式分散在纖維素之間及其周圍，三種成分之間主要通過共價(jià)鍵緊密連結(jié)，同時(shí)存在一定程度的化學(xué)鍵。因此，木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定。
[0004]有別于第一代能夠直接糖化發(fā)酵的生物質(zhì)原料，目前以農(nóng)林廢棄物為主的第二代原料，由于木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜穩(wěn)定性，利用其制取燃料乙醇的主要瓶頸在于預(yù)處理技術(shù)。預(yù)處理的主要目的是在最大限度保留纖維素的基礎(chǔ)上，對木質(zhì)素的脫除以及破壞纖維素的結(jié)晶度和聚合度，從而提高纖維素酶酶解效率。
[0005]目前常規(guī)的預(yù)處理技術(shù)主要分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法主要有球磨法、蒸汽爆破法，其中蒸汽爆破法雖然酶解效率較高，但其對設(shè)備要求高，投入大，制約了規(guī)?；a(chǎn)?；瘜W(xué)方法，如酸法、堿法，其中酸預(yù)處理對木質(zhì)素脫除效果不明顯，并且容易產(chǎn)生微生物發(fā)酵抑止物，增加了后續(xù)處理的難度，此外酸對預(yù)處理裝置的腐蝕性也是制約其工業(yè)化的重要原因之一；堿預(yù)處理相對于酸法反應(yīng)器成本較低、操作安全，但仍需廢水和殘余物的回收處理工序。生物法則主要采用白腐霉等真菌預(yù)處理，處理?xiàng)l件溫和但預(yù)處理效果不佳，且時(shí)間過長，不易于工業(yè)投產(chǎn)。因此，一種低成本的高效預(yù)處理技術(shù)對于推動(dòng)木質(zhì)纖維素制取燃料乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種生物聯(lián)合堿/尿素的預(yù)處理工藝，提高了木質(zhì)纖維素的酶解糖化效率。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008](I)將保存在LB斜面的LD-1菌體接種于LB液體培養(yǎng)基中，于25°C _40°C溫度下，培養(yǎng)16-24h，得到LD-1的種子液；
[0009](2)其中所述LB液體培養(yǎng)基各成分配比為:蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化鈉10g，蒸餾水IL ;所述LB斜面是在上述配方的基礎(chǔ)上加入15-20g/L的瓊脂；
[0010](3)將上一步所得到的LD-1種子液在6000-10000rpm條件下離心2-5分鐘，棄去上層清液，收集菌體；
[0011](4)進(jìn)一步將收集的LD-1菌體按5-15% (體積比)接種量，接種于木質(zhì)纖維素液體培養(yǎng)基中，于25°C -40°C溫度下，自然pH，培養(yǎng)3-7天；
[0012](5)其中所述木質(zhì)纖維素液體培養(yǎng)基各成分配比為:木質(zhì)纖維素3.0g，K2HPO4
1.0g, (NH4)2SO4 2.0g，KH2PO4 1.0g，MgSO4 0.2g，CaCl2 0.lg，F(xiàn)eSO4 0.05g，MnSO4 0.02g，蒸餾水IL ；
[0013](6)將經(jīng)過LD-1培養(yǎng)后的木質(zhì)纖維素清洗至pH呈中性后，于50°C -60V烘干至恒重；
[0014](7)進(jìn)一步將木質(zhì)纖維素置于適當(dāng)大小容器中，按固液比為l:10-l:30(g/ml)加入濃度為1% /2% -4% /6%的NaOH/尿素溶液，靜置于_10°C _20°C恒溫環(huán)境中2_6h后，過濾分離得到濕渣A ;
[0015](8)進(jìn)一步用蒸餾水反復(fù)沖洗濕渣A，直至沖洗液pH呈中性，將沖洗后得到的濕渣B置于50°C _60°C烘干至恒重。
[0016]本發(fā)明提供的預(yù)處理方法的優(yōu)勢在于:
[0017](I)利用高效木質(zhì)纖維素降解菌LD-1生物處理與NaOH/尿素溶液結(jié)合的兩步法，去除半纖維素和木質(zhì)素組分，破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)，使得原料表面變得粗糙且疏松多孔，大大增加了酶解糖化時(shí)的可及表面；
[0018](2)經(jīng)該組合工藝預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素能夠大幅提高酶解糖化效率，相比于未經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)纖維素，酶解效率提高為原來的5倍以上；
[0019](3)預(yù)處理過程中第二步溫度條件在我國北部一些地區(qū)不需消耗任何能源就可達(dá)至IJ，本發(fā)明在這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益顯著增加；
[0020](4)該預(yù)處理方法對設(shè)備要求低，設(shè)備投入不高、操作簡單、處理?xiàng)l件溫和、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
:
[0021]圖1:經(jīng)本發(fā)明組合預(yù)處理后木質(zhì)纖維素各組分變化
[0022]圖2:經(jīng)本發(fā)明組合預(yù)處理后木質(zhì)纖維素酶解效果分析
[0023]圖3:經(jīng)本發(fā)明組合預(yù)處理的木質(zhì)纖維素預(yù)處理前后掃描電鏡分析
【具體實(shí)施方式】
:
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0025]實(shí)施例1
[0026](I)將水稻秸桿粉碎后40目過篩，超純水清洗兩遍，于55°C烘干至恒重；
[0027](2)將保存在LB斜面的LD-1菌體接種于LB液體培養(yǎng)基中，于30°C溫度下，培養(yǎng)18h，得到LD-1的種子液；
[0028](3)其中所述LB液體培養(yǎng)基各成分配比為:蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化鈉10g，蒸餾水1L，所述LB斜面是在上述配方的基礎(chǔ)上加入15g/L的瓊脂；
[0029](4)將上一步所得到的LD-1種子液在8000rpm條件下離心5分鐘，棄去上層清液，收集菌體；
[0030](5)進(jìn)一步將收集的LD-1菌體按10% (體積比)接種量，接種于木質(zhì)纖維素液體培養(yǎng)基中，于30 V溫度下，自然pH，培養(yǎng)4天；
[0031](6)其中所述木質(zhì)纖維素液體培養(yǎng)基各成分配比為:木質(zhì)纖維素3.0g, K2HPO41.0g, (NH4)2SO4 2.0g, KH2PO4 1.0g, MgSO4 0.2g，CaCl2 0.lg, FeSO4 0.05g，MnSO4 0.02g，蒸餾水IL ；
[0032](7)將經(jīng)過LD-1培養(yǎng)后的木質(zhì)纖維素清洗至pH呈中性后，于55°C烘干至恒重；
[0033](8)進(jìn)一步將木質(zhì)纖維素置于適當(dāng)大小容器中，按固液比為1:20 (g/ml)加入濃度為4% /6%的NaOH/尿素溶液，靜置于_10°C恒溫環(huán)境中4h后，過濾分離得到濕渣A ;
[0034](9)進(jìn)一步用蒸餾水反復(fù)沖洗濕渣A，直至沖洗液pH呈中性，將沖洗后得到的濕渣B置于55°C烘干至恒重，得到預(yù)處理后的水稻秸桿；
[0035]通過本實(shí)施例的實(shí)施，如附圖1所示，經(jīng)本方法處理后的水稻秸桿各組分含量發(fā)生顯著變化，木質(zhì)素及半纖維素含量顯著降低，而纖維素含量升高；預(yù)處理后的水稻秸桿酶解液中還原糖含量達(dá)到9.25g/L(如附圖2)，相比于未經(jīng)預(yù)處理的水稻秸桿纖維素酶酶解液中還原糖含量僅為1.73g/L，經(jīng)該實(shí)施例預(yù)處理后，水稻秸桿酶解效率提高為原來的