[发明专利]一种秸秆的高效组合预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物化工技术领域，尤其是涉及一种臭氧和球磨有效组合来预处理秸秆的方法。

背景技术

木质纤维素是最丰富、廉价的可再生资源。我国每年产生7亿多吨作物秸秆，

其中2亿吨被就地焚烧，不仅造成极大的资源浪费，而且严重污染环境，还会引起火灾隐患，因此如何高效利用这些木质纤维素成为了一个研究热点。相关文献已经报道，秸秆类木质纤维素在生物能源、生物饲料、生物肥料等领域都有很大的应用前景。在生物能源方面，它可以替代粮食作物作为生产第二代燃料乙醇的原料，经过酶解糖化和酿酒酵母的发酵转化，可以生产乙醇；在生物饲料方面，它可以作为乳酸菌发酵的原料，发酵生产富含益生菌和营养物质的生物饲料；在生物肥料领域，秸秆的酶解液同样可以作为胶质芽孢杆菌发酵的碳源，用于提高土壤中可溶性钾和磷的含量。

但是木质纤维素成分比较复杂，主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分组成。纤维素分子规则排列、聚焦成束，形成结晶结构。在纤维构架外充满了半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖氢键，半纤维素和木质素之间除了氢键外还存在着化学键的结合，这些结构使得它不容易被纤维素酶酶解形成可被微生物利用的单糖或者寡糖。因此，木质纤维素在进行酶解前必须要进行预处理，来达到提高酶解效率的目的。

常用的预处理方法有化学预处理、生物预处理和物理预处理方法。化学预处理方法主要是酸碱预处理，这类方法虽然糖化率比较高，但是污染严重、腐蚀性强、酸碱回收困难，这些缺陷目前依然无法有效解决。而且酸碱处理后的木质纤维素会产生某些对微生物发酵非常不利的抑制物，比如糠醛、5-羟甲基糠醛等。生物预处理方法虽然清洁，但是处理速度非常缓慢，而且处理效率很低，需要使用大量的酶，导致成本较高。物理预处理方法，如球磨法、辐射法、挤压法等对纤维素的结晶结构都有一定的破坏，能够提高酶与纤维素的接触面积，提高酶解效率。但是这类方法属于高能耗预处理方法，需要和其它预处理方法结合起来，以达到节能降耗、降低成本的目的。而且采用这类方法不能去除木质素，而木质素的存在一方面会吸附部分纤维素酶，另一方面会作为物理屏障阻碍纤维素酶对纤维素的酶解作用，不利于酶解效率的进一步提高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种秸秆的高效组合预处理方法。本发明将秸秆进行组合预处理后，经过水洗除酸和复合纤维素酶酶解，糖化率大幅提高。

本发明的技术方案如下：

一种秸秆的高效组合预处理方法，采用臭氧处理方法结合球磨方法对秸秆进行高效组合预处理；具体包括两部分：（1）先对粉碎后的秸秆进行臭氧预处理，然后进行球磨预处理；（2）先对粉碎后的秸秆进行球磨预处理，然后进行臭氧预处理。

所述臭氧预处理及球磨预处理这两种预处理方法进行处理的先后顺序可以互调。

先进行臭氧预处理、后进行球磨预处理的具体步骤如下：

（1）粗粉碎：用粉碎机对秸秆进行粗粉碎，粉碎物过30~50目筛，取筛下物；

（2）臭氧处理：在筛下物中加入体积为秸秆重量0.4~2.0倍（v/w）的去离子水，混合均匀，之后通臭氧处理，臭氧浓度为20~80 mg/L，臭氧流动速率为0.5~2.0 L/h，臭氧处理时间为0.5~2 h；

   （3）球磨处理：将臭氧处理后的秸秆自然晾干或真空烘干，之后加入到球磨罐中，秸秆与球的质量比为1:10~30，球磨的转速为279~1116 rpm，球磨1~24 min。

先进行球磨预处理、后进行臭氧预处理的具体步骤如下：

（1）粗粉碎：用粉碎机对秸秆进行粗粉碎，粉碎物过30~50目筛，取筛下物；

（2）球磨处理：将筛下物加入球磨罐中，秸秆与球的质量比为1:10~30，球磨的转速为279~1116 rpm，球磨1~12 min；

（3）臭氧处理：取球磨处理后的秸秆，加入体积为秸秆重量0.4~2.0倍（v/w）的去离子水，混合均匀，之后通臭氧处理，臭氧浓度为20~80 mg/L，臭氧流动速率为0.5~2.0 L/h，臭氧处理时间为0.5~2 h。

所述的秸秆原料为农作物秸秆，包括玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆。

预处理后对秸秆的酶解过程如下：

（1）对粉碎后的秸秆进行臭氧-球磨或球磨-臭氧组合预处理；