[发明专利]一种木质纤维类原料的酶解方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种木质纤维类原料的酶解方法。

背景技术

当前能源日趋紧张，天然纤维素资源越来越受到人们的关注。天然纤维 素的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素和半纤维素占70％ 左右，经水解后可生成葡萄糖、木糖等糖类。纤维素水解工艺主要包括酸水 解和酶水解两种：与酸水解工艺相比，酶水解具有反应条件温和、副产物少、 对环境危害小等优点，但目前酶水解的主要问题是酶的水解效率低，导致使 用酶的成本较高。公开号为CN 1141281C的专利“半纤维素浓酸预处理常 压水解技术”公开了一种通过浓硫酸预处理对半纤维素进行常压水解的方 法，但由于浓硫酸腐蚀性大，该方法对设备要求高，反应条件剧烈，易生成 对微生物发酵有毒害作用的副产物，且浓硫酸回收困难，成本高。柯静(柯 静等，2008，可再生能源，26(2)：46～49)利用NaOH/H₂O₂对玉米秸 秆进行预处理，然后再用纤维素酶水解，但酶解得率仅为37.5％。Yao等(Yao R S，Qi B K，Deng S S，et al.Bioresources，2007，2(3)：389～398) 在稻草酶水解过程中加入聚乙二醇或吐温-20，但酶解得率也仅为36％。由 上述例子可以看出，当前酶水解的效率是非常低的，还未达到50％，这就 大大制约了酶解方法的广泛应用，亟需一种提高酶水解效率的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种产率高、环境 友好、成本低、工艺简单的木质纤维类原料的酶解方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种木质纤维类原料的酶解方法，包括下述步骤：首先用碱预处理木质 纤维类原料；然后加入缓冲溶液预热；再用纤维素酶、活性炭和吐温对原料 进行水解。

所述碱预处理是指在木质纤维类原料中加入氢氧化钠溶液，然后在 80～120℃下预处理1～6小时，再过滤、烘干。所述木质纤维类原料与氢 氧化钠溶液的质量比为1∶10～1∶30，优选为1∶15。所述氢氧化钠的浓度 为0.1～20％质量，优选0.5～2％。

所述缓冲溶液预热，采用的缓冲溶液是柠檬酸-柠檬酸盐、醋酸-醋酸盐、 磷酸氢二盐-磷酸二氢盐、磷酸氢二盐-氢氧化钠、巴比妥酸盐-盐酸、六亚甲 基四胺-盐酸或邻苯二甲酸氢钾-氢氧化钠体系，优选柠檬酸-柠檬酸盐或醋 酸-醋酸盐体系。所述缓冲溶液的pH值范围为4～7，优选为4.5～5.5，更 优选为4.8。所述预热的温度是45～60℃，预热时间是10～60分钟。所述 木质纤维类原料与缓冲溶液的质量比为1∶30～1∶60，优选为1∶45。

所述水解中，木质纤维类原料为100质量份、活性炭为1～15质量份、 吐温为8～60质量份、纤维素酶为1～10质量份。所述水解温度为45～55 ℃，优选为50℃；水解时间为5～100小时，优选33～80小时。

所述吐温包括聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯(简称吐温20)、聚氧乙 烯(4)山梨醇酐单月桂酸酯(简称吐温21)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单棕榈 酸酯(简称吐温40)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯(简称吐温60)、聚 氧乙烯(4)山梨糖醇酐单硬脂酸酯(简称吐温61)、聚氧乙烯山梨糖醇酐 三硬脂酸酯(简称吐温65)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(简称吐温80)、 聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(简称吐温81)或聚氧乙烯山梨糖醇酐三油 酸酯(简称吐温85)。

所述活性炭包括粉末活性炭、颗粒状活性炭、不规则颗粒状活性炭、圆 柱形活性炭、球形活性炭或纤维状活性炭。

所述木质纤维类原料包括木材、农作物废弃物、杂草等。

本发明通过添加活性炭和吐温可以大幅提高木质纤维类原料的酶解效 率。吐温含有亲水性的羟基和疏水性的长链烷基，羟基的存在提高了它在水 中的溶解度和分散性，而疏水烷基可以与原料中所含的木质素结合，减少或 避免了纤维素酶与木质素之间的无效吸附，从而达到提高酶解效率、减少酶 用量、降低成本的目的。另外，活性炭对纤维素酶有吸附作用，但吸附作用 不强，当受到振荡和表面活性剂的进攻时会脱吸附，这种吸附与脱吸附的循 环可以活化纤维素酶，并延缓纤维素酶的失活。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：