[发明专利]一种纤维素组分磺化分离藕合酶水解生产可发酵糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素转组分磺化分离藕合酶水解生产可发酵糖的方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是人类面临的重大挑战。一方面，人们赖以生存的石化燃料正面临着枯竭；另一方面，石化燃料的使用也造成了严重的环境污染。例如大量烃类、芳香类、酚类化合物，以及二氧化硫、氮氧化物和温室气体的排放，已威胁到人类的生存环境。寻找非石油资源、非石油能源生产化工产品和燃料，发展再生能源及其相关产业，创建可持续发展的循环经济模式，已成为当今能源、环境和化工等领域中的一个热点方向。

燃料乙醇作为清洁的可再生能源，受到各国政府、科学研究所和产业界的广泛关注。木质纤维素是地球上最丰富、最廉价且符合可持续发展要求的可再生资源。我国是一个农业大国，每年产生的农业废弃物约有7亿t，除少数秸秆被作为牲畜饲料、农家肥和农村燃料外，大多数秸秆被堆放或直接焚烧，不仅造成生物质资源的巨大浪费，也带来严重的环境污染问题。这些农作物秸秆是发展非粮乙醇生物能源的首选原料。

纤维素原料一般含有纤维素35％～45％，半纤维素20％～30％，木质素15％～25％。目前，目前，作为纤维素乙醇制备过程的木质纤维素组分分离处理的主要方法主要有物理法(机械粉碎、高温分解、微波处理、蒸汽爆破、高能辐射、液态热水预处理等)、化学法(碱处理、氨处理、有机溶剂处理、臭氧处理等，是指以化学品作为预处理剂，破坏纤维素的结晶结构，打破木质素与纤维素的连接，同时使半纤维素溶解)、物理化学法和生物法。

物理预处理法如蒸汽爆破法对木质素含量较低的生物物质的效果较好，但能耗较大；生物预处理法周期较长，处理效率较低；氨爆破处理(AFEX)和CO₂爆破法与物理法一样能耗较大，工业生产不太经济；而普通化学法处理即NaOH+Na₂S溶液化学预处理法虽能分离木质素、半纤维素和半纤维素，但分离木质素高度缩合或降解，失去反应活性，很难转化形成高附加值化学品；而半纤维素也大部份水解成糠醛等低分子量物质，同时对后续的酶水解有抑制作用，纤维素也有部分损失。

化学法中，碱处理效果取决于原料中木质素的特性。对于木质素低于18％的草类原料，碱法预处理效果显著。碱预处理的主要作用是去除生物质中的木质素，以提高剩余多聚糖的反应性。使用较多的碱有NaOH、KOH、Ca(OH)₂；NaOH有较强的脱木质素和降低纤维素结晶度的作用，用稀NaOH溶液对木质纤维素进行处理，可使原料得到润胀，从而增加其内部表面积，降低聚合度和结晶度，同时可将木质素与碳水化合物分离。但单独碱处理对半纤维素破坏严重，木质素严重缩合成水不溶性产物，水解糖得率低，很难实现工业化。

生物法是利用自然界参与降解木质素的微生物种类有真菌、放线菌和细菌够有效地和有选择性地降解植物纤维原料中的木质素，分离纤维素，水解得到可发酵糖。目前国际上研究最多并表现出有效降解能力的白腐真菌。白腐菌处理法作用条件温和，能耗低，具有独特的优势。但处理时间长，造成生产周期长，距实现工业化生产还有一定距离。

经过预处理或未经预处理的纤维素原料可采用水解方法得到葡萄糖等可溶性糖类。纤维素水解有浓酸水解、稀酸水解、酶水解。浓酸水解可在常温、常压下进行，糖得率高，副产物少。浓酸水解工艺较为成熟，适用范围广；然而，由于浓酸的腐蚀性强，很难实现工厂化生产。稀酸水解的温度较高，反应条件较强烈，水解过程中得到的单糖会进一步降解生成对发酵有害的副产品，难以分离，发酵效率低，阻碍了其工业化应用。酶水解是利用纤维素酶复合体系(内切酶、外切酶和葡萄糖苷酶)对纤维素原料进行水解，条件温和，水解糖质量高。但如果没有对原料进行组分有效分离的预处理过程，酶水解过程会很长、水解的葡萄糖等可发酵糖的最终得率很低(以重量比计，<30％)。

因此，发明新型有效的组分分离与酶水解藕合技术与方法是有望实现纤维素转化能源乙醇的规模化工业化生产的关键。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺点，提出一种新的木质纤维素转化能源乙醇的原料组分磺化分离藕合酶水解过程高效产生葡萄糖糖、纤维二糖和木糖等可发酵糖的新方法。

为达到上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种纤维素组分磺化分离藕合酶水解生产可发酵糖的方法，包括如下步骤：

(1)、纤维素原料筛分：将纤维素原料切片或粉碎，用前湿法备料；