[发明专利]一种用糠醛渣制备可发酵性糖和木质素磺酸盐的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化学领域，具体涉及一种使用酶处理糠醛渣的方法。

背景技术

近年来，针对全世界面临的“石油危机”，以及利用石化资源给环境造成的无可估量的影响，人们逐渐把眼光转移到地球上的可再生资源-木质纤维原料上。以木质纤维类物质为原料通过酶水解可以将纤维素转化成葡萄糖，经发酵可转化为乙醇、丁醇、乳酸、丙酮、甘油等液体燃料和化工原料，可以替代部分石油资源，不仅可以使人类摆脱对石油资源的过分依赖，而且能够大幅减少污染和温室气体的排放。

糠醛渣是生物质类物质如玉米芯、玉米秆、稻壳、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分水解生产糠醛(呋喃甲醛)产生的生物质类废弃物，每吨糠醛产品排出10吨以上残渣，我国每年排放糠醛废渣约3000万吨。这些废渣除了少部分被直接回用于锅炉燃烧外，目前大多采用堆积或挖坑倾倒的方法，既浪费了资源、污染了环境，又占用了大量土地，逐渐成为该行业发展的瓶颈。糠醛渣中含有大量的纤维素和木质素，其中纤维素含量超过45%，这部分纤维素可直接或经预处理后进行纤维素酶水解，通过发酵的方式生产燃料乙醇或其他化学品。

以木质纤维原料生产乙醇替代石油用作燃料的工艺研究已经比较成熟，然而由于经济效益问题，未能大规模工业生产。原因主要有两个方面：一是木质纤维原料天然的顽抗性需要较多的酶用量和较高强度的预处理过程，增加了生产成本；二是木质纤维原料中的木质素对纤维素酶的无效吸附，大大降低了酶有效组分浓度。很多实验已证明，木质素的结构特性对底物酶水解糖化时葡萄糖的得率影响较大，并且提高木质素的亲水性可以降低其对纤维素酶酶的无效吸附。

通过亚硫酸盐预处理过程，木质素被部分降解和磺化，提高了其亲水性，这对底物的酶水解有利。经亚硫酸盐预处理液进行浓缩和分离，即可获取木质素磺酸盐。木质素磺酸盐具有比较广的用途，在农药乳化液、油田化学品和纺织行业的染整助剂中都有较多的应用。亚硫酸盐法脱木质素，在制浆造纸工业中的应用已有一百多年的应用历史，可以在很宽泛的pH和温度下进行。亚硫酸盐木质素脱除程度主要受预处理液中活性试剂的影响，而活性试剂的种类有主要由预处理液的pH和温度决定，一般催化作用下，可以提高木质素的磺化和降解的程度，提高木质素的亲水性和溶解性，对原料酶水解有利。碱处理糠醛渣可以脱除部分木质素，但是其酶水解效率反而下降。

有机溶剂预处理时，一般采用有机溶剂或水溶性有机物对原料中木质素或半纤维素进行部分脱除，达到提高酶水解得率的目的。采用有机溶剂进行木质素脱除，具有投资小，溶剂易于回收，环境污染少，副产物利用潜能巨大等特点。通过有机溶剂法预处理得到的木质素一般纯度高，分子量小，可用于生产其他产品。但有机溶剂预处理时，需添加催化剂来降低反应温度，还要回收有机溶剂。

如何采用低强度的预处理方式，通过改变木质素结构达到提高纤维素酶水解效率的目的，是目前开发的热点和重点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提出一种用糠醛渣生产可发酵性糖和木质素磺酸盐的方法。

实现本发明目的的具体技术方案为：

1、一种用糠醛渣生产可发酵性糖和木质素磺酸盐的方法，包括步骤：

1）乙醇亚硫酸盐预处理：糠醛渣加入乙醇溶液中，与亚硫酸盐反应1.5～2.5h，然后固液分离；

2）逆流洗涤：步骤1）固液分离得到的固体用乙醇洗涤液多级逆流洗涤；

3）酶水解：逆流洗涤后的固体用纤维素酶水解，水解的温度45-50℃，时间65-76h；酶水解后得到可发酵性糖和木质素。

4）回收乙醇：步骤1）固液分离得到的液体与步骤2)逆流洗涤回收的洗涤液混合，减压浓缩得到乙醇和木质素磺酸盐。

其中，所述步骤1）中的糠醛渣为水洗过的糠醛渣，所述水洗为水洗至出水pH值6-7。

其中，所述步骤1）中的糠醛渣加入乙醇溶液中，至固形物含量为80-150g/L。

其中，所述步骤1）中的乙醇溶液为质量比70-80%的乙醇溶液，所述亚硫酸盐为亚硫酸钠或亚硫酸镁，亚硫酸盐的加入量为2-8g/L。

其中，所述步骤1）预处理反应的温度为50-70℃。

其中，所述步骤2）中的逆流洗涤是将固体用乙醇洗涤液2-6级多级逆流洗涤，第一级的洗涤液为质量比92-96%的乙醇水溶液。具体操作中，可采用多级洗涤塔逆流洗涤，塔板数为2-6个，洗涤剂和物料逆向流动；也可采用分批次洗涤的方法，洗涤2-6批固体物料。