[发明专利]一种提高纤维素酶解产糖率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用纤维素为原料制备，通过利用CO₂开关型离子化合物中或CO₂开关型离子化合物与有机溶剂组成的混合溶剂预处理纤维素，通过酶解制备葡萄糖的方法，属于生物质利用与生物化工产品领域。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的日益短缺，天然纤维素作为自然界中最为丰富的可再生资源受到人们越来越多的关注。由于纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，是组成植物细胞壁的主要成分。棉花、亚麻、芋麻和黄麻部含有大量优质的纤维素。木头中纤维素含量约为50％，棉花的纤维素含量更高，达90%。木材中的纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在。纤维素是一种复杂的多糖，有8000至10000个葡萄糖残基通过β-1,4-糖苷键连接而成。通过对纤维素进行化学催化水解与酶解可以制备重要的化工原料葡萄糖。以葡萄糖为原料可以通过化学催化方法与生物转化方法可以制备一系列的能源化工产品，如生物乙醇、微生物油脂、丁醇、5-羟甲基糠醛等。而传统上，葡萄糖主要来自淀粉。随着以葡萄糖为原料制备能源、化工产品技术发展，对葡萄糖的供给提出了新的要求。而传统的以淀粉为原料制备葡萄糖，因为淀粉为食品资源，其来源受到资源与政策的限制，因此，如何通过利用纤维素原料，高效制备葡萄糖受到了普遍的关注。

而天然纤维素为高度结晶聚合物，由于其分子间与分子内部强的氢键作用，使其不溶于传统的有机溶剂，对化学、生物催化剂的响应较低。为了获得高的纤维素水解效率，必须要对纤维素进行预处理，以改变其晶体结构与物理形态，提高相应化学催化剂、酶的可及度及催化效率。最近基于离子液体溶解纤维素、木质纤维素材料，实现纤维素（Biotechnology and Bioengineering,2011,108,511-520）、木质纤维素的溶解预处理（Green Chemistry,2012,14,1202-1210），从而提高其酶解效率，由于其高效性，获得了广泛的关注。中国专利201110008782.X保护了一种利用离子液体预处理提高纤维素酶解产糖的方法。转过专利201210144959.3保护了一种提高木质纤维素酶水解率的预处理方法，也是利用离子液体为溶剂。通过离子液体溶解纤维素、木质纤维素实现其预处理，可以显著提高其酶解效率，其所用的离子液体液体都是传统咪唑盐离子液体。而传统咪唑盐离子液体价格昂贵，回收、纯化、循环利用成本高，大大了限制了该过程的经济性能。

为了实现纤维素的溶解预处理，其溶解新体系的开发是技术突破的关键。中国专利201210374955.4保护了一种纤维素溶液溶解纤维素和再生纤维素的方法，其主要特征是利用廉价的，容易制备的CO₂开关性离子化合物或CO₂开关性离子化合物与有机溶剂组成的混合溶剂体系溶解加工纤维素。作为一种新的纤维素溶解体系，为纤维素的均相化学改性及溶解预处理提供了一个良好的平台。而基于此溶解加工平台的纤维素溶解预处理，再通过酶解技术制备葡萄糖还没有相关文献及专利报道。本发明专利是基于此平台，开发的纤维素溶解预处理，提高其酶解效率，高效制备纤维素基葡萄糖。基于葡萄糖的重要应用价值，该溶解预处理技术具有廉价，易制备，易循环使用等特点，具有很好的工业应用前景。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种利用CO₂开关型离子化合物中或CO₂开关型离子化合物与有机溶剂组成的混合溶剂为纤维素溶剂，实现纤维素的溶解预处理，从而提高其后续酶水解效率。该方法解决了目前生产纤维素溶解预处理的方法存在的溶剂成本高，提纯回收利用成本高等问题，

本发明利用纤维素为原料，利用CO₂开关型离子化合物中或CO₂开关型离子化合物与有机溶剂组成的混合溶剂为纤维素溶剂，实现纤维素的溶解预处理，从而提高其后续酶水解效率，它是按照如下步骤进行的：

1.以纤维素为原料；

2.将可与CO₂反应形成开关型离子化合物（Switchable ionic compounds）中的一种或两种以上化合物原料与纤维素混合形成预溶解体系；

或将可与CO₂反应形成开关型离子化合物中的一种或两种以上化合物原料与纤维素以及对纤维素具有良好溶胀作用的有机溶剂混合形成预溶解体系；