[发明专利]一种提高植物纤维原料酶解效率的预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用微生物制备化合物的方法，特别涉及一种使用微生物和化合物协同作用制备含有糖残基的化合物的方法，属于生物化工技术领域。

背景技术

随着石油资源的日益紧缺和全球气候变暖趋势的加剧，通过可再生能源生产燃料已成为必然趋势。面对这一挑战，最可行的选择就是利用第二代生物乙醇技术，以农林废弃物和专用的能源作物做原料来生产生物乙醇。通过酶水解和发酵两种工序将木质纤维素转化为乙醇是目前最为可行的方式，生物乙醇的生产量大，而且生产成本低廉。

但是，木质纤维素基生物质的主要成分是纤维素、半纤维素和木素。当采用纤维素酶水解木质纤维素原料时，纤维素酶必须接触吸附到纤维素底物上才能使反应进行，因此，纤维素对纤维素酶的可及性是决定水解速度的关键因素。而木素的存在阻碍了纤维素对酶的可及性，且纤维素的结晶结构以及木质生物资源的表面状态、木质生物资源的多组分结构、木素对纤维素的保护作用以及纤维素被半纤维素覆盖等结构与化学成分的因素致使木质纤维素原料难以水解。为了提高木质纤维素的酶水解效率从而达到更高的乙醇产量，原料在进行酶水解处理之前必须经过适当的预处理。有效的预处理方式必须提高纤维素对酶的可及度，同时减少对后续发酵过程有抑制作用的降解产物。目前，木质纤维素原料预处理的方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法。

传统的物理法包括机械粉碎法；高温分解法；高能电子辐射、微波、超声波等技术。化学法分为稀酸预处理方法、碱液预处理方法、臭氧处理方法、有机溶剂处理方法、氧化处理方法。物理化学法有蒸汽爆破法、氨纤维爆破法、二氧化碳爆破法等，但是上述预处理方法处理植物纤维原料时能耗大，腐蚀设备，生产成本昂贵，而且对后续酶解处理有抑制作用，对微生物具有毒性，加之对环境污染严重，非长远之计。例如机械粉碎法将木质纤维原料粉碎后增大了酶解处理时酶与底物原料的接触面积，提高了酶解效率，但是随试样粉碎细度增加其对表面积增加的影响有所减少。所以木质纤维素颗粒细小到一定程度后，继续粉碎只能有限地提高酶解效率，而处理成本相对增加。又如，超声波处理技术虽然能有效破坏纤维素分子中的氢键，降低其结晶程度和规整度，经超声波处理过的纤维可增加对纤维素酶和木糖酶的可及度，对酶水解有利；但对纤维素的微细结构影响有限，并且降解了半纤维素，引起纤维比表面积的下降，这一点对酶水解是不利的。

生物法是利用微生物（如真菌、放线菌、细菌等）降解木质纤维素基生物质，生物法作用条件温和，能耗低，无需添加化学试剂并且无废弃物的输出，能显著地改善酶水解效率，具有独特的优势，但生物法预处理木质纤维素原料的处理时间长，生产周期长，处理效率低，同时在降解木质素的同时消耗了碳水化合物。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种提高植物纤维原料酶解效率的预处理方法，本发明方法将生物处理方法与物理化学方法结合在一起能够解决生物或物理化学方法单独预处理的缺陷，两种预处理方法依次结合，对植物纤维原料的预处理具有协同效应，提高纤维素对酶的可及度，减少了生物质后续酶解处理过程中的抑制作用作用，提高了生物质降解终产物还原糖的得率。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种提高植物纤维原料酶解效率的预处理方法，包括对植物纤维原料依次进行真菌降解处理和FeCl₃的化学水解处理。

其中，所述真菌降解处理是将植物纤维原料与真菌接种液混合后，在温度为28±3℃下，培养20-40天。

特别是，所述的真菌选择褐腐菌（Fomitopsis palustris C7615）。

特别是，所述的植物纤维原料通过如下步骤制备而成：首先将植物纤维原料粉碎；接着调节植物纤维原料的含水率至70-80%；然后对植物纤维原料进行灭菌处理，即得。

尤其是，所述灭菌处理的温度为121±1℃；灭菌时间为15-25min。

其中，粉碎后的植物纤维原料的粒度为20-80目。

特别是，还包括将植物纤维原料干燥至含水率≤10%后，再进行所述的粉碎。

其中，真菌接种悬浮液的体积与植物纤维原料的重量之比为10-20：100，优选为15：100，即每100g预处理料中接种10-20ml所述褐腐菌接种悬浮液或每100kg预处理料中接种10-20L所述褐腐菌接种悬浮液。

特别是，所述真菌接种液按照如下步骤制备而成：首先将真菌接种于放大培养基中，在黑暗条件下，于28±1℃，转速为100-150rpm的条件下培养3-7天，然后加入无菌蒸馏水，进行匀浆处理，即得。