[发明专利]一种微波辅助碱性亚硫酸钠的木质纤维素预处理方法

说明书

本发明公开了一种微波辅助碱性亚硫酸钠的木质纤维素预处理方法，属于生物质资源化利用和农业废弃物综合利用技术领域。本发明以木质纤维素为原料，经粉碎过筛后利用微波辅助碱性亚硫酸钠进行预处理，降低碱的用量并提高碱性亚硫酸钠的预处理效果，固液分离后先用碱性亚硫酸钠溶液冲洗固体残渣，再用水洗涤，得到具有良好酶解效果的木质纤维素预处理产品。能更好的脱除木质素，减少木质素对纤维素降解的阻碍作用，从而有效提高木质纤维素转化为单糖的效率；并减少化学试剂用量，有利于环境保护，降低生产成本，从而产生更高的经济价值。

技术领域

本发明涉及一种微波辅助碱性亚硫酸钠的木质纤维素预处理方法，属于生物质资源化利用和农业废弃物综合利用技术领域。

背景技术

生物乙醇被认为是最有应用前景的生物能源之一，是一种环境友好型且可再生能源。目前，燃料乙醇的生产原料主要以糖质和淀粉质作物(如玉米、甘蔗和大豆)为主，即第一代燃料乙醇技术，由此造成的食品价格增长与耕地的占用将能源危机转而变成了食品危机。因此，近年来，以来源于农林业废弃物如秸秆等木质纤维素为原料的二代燃料乙醇技术引起了各国科学家的关注。

木质纤维素，其主要成分为纤维素(35-50％)、半纤维素(20-40％)和木质素(15-25％)，是地球上含量最丰富的生物聚合物。然而，由于纤维素大分子之间及分子内存在着大量氢键，由此交织而成的网状结构阻碍了酶水解的进行。此外，在结晶纤维素的表面还紧紧地包裹着半纤维素，这些半纤维素支链分子像绳索一样将纤维素基原纤丝捆绑在一起形成细胞壁的微纤丝网络；在细胞壁的最外层，还有木质素与半纤维素通过共价键相连，导致了木质纤维素对于酶和生物利用的顽抗性结构，成为妨碍工业上对其进行化学和生物转化利用的主要屏障。

为了提高木质纤维素原料转化为单糖的转化率，需要对木质纤维素进行预处理。目前，木质纤维素预处理方法大致可分为物理法、化学法、物理-化学联合法及生物法。物理法主要通过机械粉碎、微波、蒸汽爆破等手段破坏木质纤维素结构；化学法为采用化学试剂(如酸法、碱法、有机试剂)水解半纤维素或脱除木质素，达到破坏木质纤维素结构的目的；生物法为采用可分解木质素的微生物，除去木质素以破坏其对纤维素的包裹功能。目前，常用的一些方法如酸碱处理、蒸汽爆破、AFEX、亚硫酸盐处理等，核心目标均在于去除细胞壁中部分木质素和半纤维素以改变纤维素的结构。但是，酸碱处理对原材料有效成分破坏比较大，物料得率较低，且对环境保护造成一定压力；而蒸汽爆破、AFEX可能产生毒害物质，且生产安全上不能得到充分保证；碱性亚硫酸钠处理不能有效脱除木质素，且碱的用量仍然偏大。

本发明提供的微波辅助碱性亚硫酸钠处理木质纤维素，能在减少化学试剂用量、较好的保留原料有效成分的基础上，更好的脱除木质素，从而提高单糖转化率，有利于环境保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理周期短、处理能力与效率高的脱除木质素的方法，该方法可明显提高木质纤维素转化为单糖的转化率，并降低化学试剂的用量。

本发明提供的一种木质纤维素脱除木质素的预处理方法，是以木质纤维素为原料，经粉碎过筛后利用微波辅助碱性亚硫酸钠进行预处理，降低碱的用量并提高碱性亚硫酸钠的预处理效果，固液分离后先用碱性亚硫酸钠溶液冲洗固体残渣，再用水洗涤，得到木质纤维素预处理产品，能够更好地与纤维素酶结合达到良好的酶解效果。

所述木质纤维素为玉米秸秆、稻草秸秆、小麦秸秆和甘蔗渣等中的任何一种或其组合。

所述粉碎过筛是对对木质纤维素原料进行机械粉碎处理，粉碎后过筛并取粒径40-80目的木质纤维素原料作为反应底物。

在本发明的一种实施方式中，木质纤维素原料与碱性亚硫酸钠溶液混合的料液比为1:6-1:12(g/mL)。

在本发明的一种实施方式中，碱性亚硫酸钠溶液中Na₂SO₃的浓度为1-6g/100g，NaOH的浓度为0.05-0.2g/100g。