[发明专利]一种竹材预处理方法及其在酶解糖化中的应用

说明书

本发明属于生物乙醇领域，具体涉及一种竹材预处理方法及其在酶解糖化中的应用。目前，利用竹材制备燃料乙醇的过程中，竹材酶解糖化这一过程转化率较低，大大影响了乙醇的收率。本发明针对竹材进行了预处理，并优化了竹材酶解糖化的酶解条件。本发明竹材所采用的预处理方法为首先采用碱性亚硫酸盐对竹材进行预浸渍，然后将预浸渍后的竹材在特定条件下，低强度蒸汽爆破。本发明通过对竹材的预处理，有效提高了竹材酶解时转化为葡萄糖的转化率，并同时获得碱木素和木素磺酸盐的副产物，提高了竹材的利用价值。本发明葡萄糖转化率可高达92.3％。

技术领域

本发明属于生物乙醇领域，具体涉及一种竹材预处理方法及其在酶解糖化中的应用。

背景技术

随着人们对全球变暖和石油危机的日益关注，发展低碳循环经济成为关注重点。木质生物质原料生产乙醇是第二代生物燃料中最富活力、最具发展前景的产业。生物质工程需要解决的首要问题是将大分子糖，如纤维素和半纤维素降解为可生物利用的还原糖。木质纤维原料主要含有纤维素、半纤维素和木质素，木质素对纤维素、半纤维素的包裹作用以及纤维素本身的结晶结构使得木质纤维素在酶解糖化中酶的可及度降低，因此必须对木质纤维原料进行预处理。目前针对木质纤维素原料的预处理方法主要有：粉碎与研磨、高压蒸汽爆破、热解、碱处理、酸处理、氧化处理、生物处理以及几种方法的联合。

在众多的木质纤维原料中，竹材分布广泛，在亚洲和南美洲有大面积的竹林。竹子属于禾本科植物，已经广泛用于造纸、食材、建筑和材料等各个方面。同时，由于其具有生长时间短，择伐周期短和便于运输，并且竹材含有40～50％纤维素，10～20％半纤维素，灰分含量低，竹材在生产生物能源和生物化学品上已经成为极具潜力和竞争力的原料之一。

与其他木质纤维原料相比，竹材最大的优势在于其生长周期短(3～5年)。然而，竹材比农业废弃物和一些树木更难有效降解，使得竹材酶解糖化转化率低。有数据表明，小麦秸秆采用不添加药剂的低压蒸汽爆破处理，后续酶解中，纤维素-葡萄糖转化率可以达到90％。相比而言，竹材经过3.5Mpa的高压蒸汽爆破后，纤维素-葡萄糖转化率只能达到42.6％，即使在此基础上采用SO₂蒸汽辅助，该转化率也只能提高到62.7％。

本发明的目的是利用竹材的特点，创造性的采用碱性亚硫酸盐进行预浸渍，并与低压蒸汽爆破相结合(1.25Mpa)，大幅度的提升酶解过程中纤维素-葡萄糖转化率的同时，降低成本投入，简化预处理工艺，高效回收可发酵性单糖、碱木素和木素磺酸盐。此发明方法工艺简洁高效，有利于投入工业生产中。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在提供一种竹材预处理方法及其在酶解糖化中的应用，具体包含以下步骤：

步骤(1)预浸渍：向竹材水溶液中加入亚硫酸钠，控制亚硫酸钠加入量，使其含量为2～8g/L；采用氢氧化钠调节pH为9.5～10.5，预浸渍10～15h；

步骤(2)低强度蒸汽爆破：将预浸渍后的竹材在1～1.5Mpa下，蒸汽爆破3～5min，经过滤，得爆破液和固体竹材渣。

针对结构致密的竹材，本发明采用碱性亚硫酸钠浸渍处理。本发明通过氢氧化钠调节亚硫酸钠的pH值，两者的协同作用，使其具有强渗透和润胀纤维作用，并大大提高了竹子的亲水性能。相比传统的稀酸法、酸性亚硫酸盐法，能够更有效去除竹材中的木质素，从而增加纤维素和半纤维素的纯度。本发明特定条件下的低压蒸汽爆破在节省蒸汽爆破能耗的同时，能够使竹片结构疏松，但对碳水化合物(纤维素和半纤维素)脱除量低，有利于碳水化合物的保留和后续利用。

本发明优选将竹材预先处理为长1～3cm，宽、厚各1～3mm的竹材棒状结构；向所述竹材棒状结构中加入水，并控制水的加入量，使竹材质量含量为5～10％，得竹材水溶液；优选所述竹材含水率小于10％。