[发明专利]一种甘蔗渣的预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵工程领域，具体涉及一种甘蔗渣的预处理方法。

背景技术

木质纤维素是地球上最丰富廉价的可再生资源，主要来源于农业废弃物，工业废弃物和城市废弃物。随着化石燃料的枯竭和环境的日益恶化，利用木质纤维素转化燃料乙醇等能源产物广受关注。

甘蔗渣是甘蔗经机械压榨、浸提后所得的部分，是甘蔗制糖工业的纤维素性残渣副产物，约占压榨量的24%-27%。不完全统计，我国甘蔗渣年总产量达到700万吨以上。云南省是我国糖业优势产区之一，甘蔗制糖是云南省的重要支柱产业，近年来云南食糖产量稳居全国第二位。甘蔗种植业和制糖工业在云南省地方经济中占有重要的地位。2010-2011年，云南甘蔗产量达1750.92万吨，甘蔗渣产量达437.73万吨。如此大量的蔗渣如何处理和有效利用是一个不可忽视的社会和环境问题，目前除用于造纸之外，主要的处理方法是焚烧和作为饲料的原材料，利用效率很低，不但造成资源浪费，甚至会形成严重的环境污染。蔗渣富含丰富的纤维素，利用它生产燃料乙醇被寄予厚望，其综合利用受到国内外越来越广泛的重视。

蔗渣等木质纤维素结构复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分构成。纤维素是由葡萄糖通过β-1,4糖苷键联接而成的高分子聚合物，以聚集态存在，含有大量的结晶区，并且分子间和分子内存在大量的氢键。半纤维素结构变化随原材料的种类不同而不同，主要组成成分含有木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖等。围绕在纤维素周围，并通过纤维素的孔位深入到纤维素内部。有人认为它是纤维素和木质素之间的粘合剂。木质素是由类苯丙烷结构组成的复杂化合物，通过化学键和半纤维素链接，包围并加固纤维素和半纤维素骨架。这样的复杂结构特征使得木质纤维素降解困难，微生物降解和转化的能力受到了极大的限制。对其直接进行酶水解，水解效率低，不到理论值的20%，而经预处理之后水解率会有很大的提高。因此，利用蔗渣等木质纤维素材料实现乙醇等高附加值产品的转化之前必须进行适当的预处理，改变其天然结构脱去木质素，增加原料的疏松程度，增加纤维素酶或微生物的有效接触，有效的实现木质纤维素高附加值产品的转化。

目前，木质纤维素预处理的主要有物理法（粉碎，球磨等），化学法（碱，酸，氧化剂，有机溶剂处理等），物理化学法(蒸汽爆破，超临界流体，湿热氧化处理等)和生物法（白腐真菌等可以降解木质素的微生物处理）。但是，依然存在成本高，效率低，污染严重等技术瓶颈有待突破，需要进一步研究，降低预处理成本，提高预处理效率。

目前大多文献报道关于蔗渣NaOH或H₂O₂预处理在单独溶液作用下处理，其中的H₂O₂溶液浓度较大，尤其是NaOH预处理大多在高温高压的条件下进行，设备成本要求高；会造成很大部分的纤维素脱除，浪费资源；产生的发酵抑制物含量多；经优化结合NaOH和H₂O₂混合溶液的蔗渣预处理的研究较少。本发明提供的预处理方法采用较低浓度的H₂O₂结合NaOH溶液在较低温度下对蔗渣进行预处理，降低了整个预处理的成本，提高了纤维素的水解率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甘蔗渣的预处理方法，利用低浓度的NaOH溶液结合H₂O₂在低温条件下对干燥粉碎后的甘蔗渣进行预处理，从而改变原材料的天然特性，打破纤维素的结晶结构以及半纤维素和木质素对纤维素的包裹，改善甘蔗渣木质纤维素难降解的化学特性，促进纤维素酶和微生物对纤维素的有效接触，实现甘蔗渣木质纤维素到乙醇等产品的高附加值转化。   

本发明通过以下步骤实现本发明目的：

（1）甘蔗渣经干燥、粉碎、筛分制得粒度在18~40目间的原料；

（2）将甘蔗渣加入到NaOH和H₂O₂的混合水溶液中，在25℃~42℃条件下，摇床中预处理12~36h，其中NaOH在混合水溶液中的终浓度为1%~3%，H₂O₂在混合水溶液中的终浓度为0.5%~1.5%；

（3）将预处理后的甘蔗渣过滤，滤渣用55℃~65℃蒸馏水洗涤至滤液pH为6.5~7.5，60℃~80℃干燥至恒重，即得到预处理后甘蔗渣，备用；