[发明专利]一种木质纤维水解糖液脱毒方法

说明书

一、技术领域

本发明属于生物化学中木质纤维原料生物降解与生物转化生产燃料乙醇、化工平台化合物和其他生物基产品领域，特别涉及一种络合萃取技术作为木质纤维原料水解糖液脱毒的方法。

二、背景技术

在以木质纤维原料生物法制备乙醇、化工平台化合物和其他生物基产品的工艺中，由于木质纤维原料结构紧密，纤维素很难被纤维素酶水解成单糖，因此在纤维素酶水解之前必须进行预处理，以增加纤维素对纤维素酶的可及度。原料预处理方法主要有物理法、化学法、生物法以及以上几种方法的联用，在各种原料预处理方法中，稀酸预处理、蒸汽爆破预处理方法普遍被认为较为有效而有工业应用前景的方法。在木质纤维原料稀酸预处理、蒸汽爆破预处理过程中，由于酸或热的作用，部分纤维素、半纤维素和木质素发生降解和分解作用产生甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛、羟甲基糠醛和酚类化合物等对后续发酵有抑制作用的物质，这些物质必须在发酵之前脱毒去除。

木质纤维原料水解糖液的脱毒方法很多，主要包括石灰过量中和、活性炭吸附、有机溶剂萃取、离子交换、蒸汽汽提和生物脱毒等，但这些方法存在脱毒效果差、成本高，或在发酵抑制物质脱除的同时糖分损失大等缺点，限制了它们在工业规模上的应用。因此，寻找一种脱毒效果好、工业适应性强的发酵抑制物脱除方法，对于木质纤维原料生物制备乙醇、化工平台化合物和其他生物基产品十分必要。

三、发明内容

本发明的目的是寻找一种木质纤维原料水解糖液脱毒的新方法，希望能够有效除去多种对后续糖液发酵产生抑制作用的物质，同时在脱毒的过程中，尽量不损失或少损失有效糖组分。

络合萃取法是一种基于可逆络合反应的萃取分离方法，它克服了物理萃取法根据“相似相溶”规则选择萃取剂，造成极性较大的溶剂在生产中的大量损失和环境的“二次污染”等问题；且络合萃取法克服了有些化学分离过程需要消耗大量昂贵的反应剂、反应产物的化学形态发生变化等缺点，因此具有广泛的工业应用价值。

络合萃取法的基本原理是溶液中的待分离物质与含有络合剂的萃取剂相接触，络合剂与待分离的溶质形成络合物，使其转移到萃取相中达到分离的目的；第二步则是进行逆向反应使萃取剂再生循环使用，而溶质得以回收。

络合萃取法是为解决极性有机物稀溶液的分离问题而提出的，但尚无将该技术应用到木质纤维原料水解糖液脱毒工艺上的先例。

本发明的技术解决方案为：

一种木质纤维水解糖液脱毒方法，以稀硫酸预处理玉米秸秆的预水解糖液浓缩液为原料，其特征是用三烷基胺、正辛醇和煤油配制成的混合物作络合萃取剂，对浓缩后的预水解糖液在室温条件下进行络合萃取脱毒。

络合萃取剂的配比范围为(10～50％三烷基胺)+(10～50％正辛醇)+(0～80％煤油)，其最佳配比为30％三烷基胺+50％正辛醇+20％煤油；

浓缩预水解糖液与络合萃取剂之比(以下简称水油比)为1∶0.5～4，最佳水油比为1∶2；

萃取平衡60min，即可达到理想的脱毒效果。

有益效果：稀硫酸预处理的玉米秸秆预水解糖液浓缩液经过络合萃取后，其中主要抑制物，如乙酸去除率超过70％，羟甲基糠醛去除率超过40％，糠醛去除率达100％，同时也去除了部分木质素降解产物。另外，含发酵抑制物的糖液经络合萃取后糖液的pH值从初始的0.59上升到4.55，说明在去除抑制物的同时，也去除了部分残留在水解液中的硫酸，从而减轻了萃取后糖液的离子强度，有利于后续的发酵。

四、附图说明

图1萃取平衡时间对乙酸D*R′的影响；

图2水油比对乙酸D*R′的影响；

图3温度对乙酸D*R′的影响；

图4树干毕赤酵母NLP31对未脱毒浓缩预水解糖液的乙醇发酵历程；

图5树干毕赤酵母NLP31对脱毒浓缩预水解糖液的乙醇发酵历程。

五、具体实施方式

原料采用稀硫酸预处理工艺获得的玉米秸秆预水解糖液，真空蒸发浓缩。浓缩前后主要糖组分、发酵抑制物采用高效液相色谱(HPLC)分析，280nm吸收值(λ₂₈₀)采用紫外分光光度计测定。预水解糖液浓缩前后的主要成分变化如表1所示。

表1稀酸预处理水解糖液真空浓缩前后主要成分变化

用三烷基胺、正辛醇和煤油按一定比例配制成的混合物作络合萃取剂，对浓缩后的预水解糖液进行络合萃取。以下分别是萃取平衡时间、水油比、萃取温度及络合剂组成对脱毒效果的影响情况。

a.萃取平衡时间对乙酸D*R′的影响