[发明专利]一种改进的高温液态水预处理木质纤维素类生物质的方法

说明书

本发明公开了一种改进的高温液态水预处理木质纤维素类生物质的方法，该方法通过在水解过程中添加生物基极性非质子溶剂，用生物基极性非质子溶剂替代部分水，不仅增加了体系热质传递效果，还同时溶解生物质中木质素和表面类木质素，从而实现半纤维素的高效水解、木质素的高效脱除，而且减少了水用量，溶剂可以回收循环使用；生物基极性非质子溶剂如四氢呋喃、糠醛等本身就是生物质水解产物，替代部分水有利于提高体系传质特性和木质素溶解性，解决了高温液态水预处理木质纤维素类生物质的方法中半纤维素无法进一步水解，木质素的脱除率低，阻碍了后续纤维素酶与纤维素的解除水解的问题，也解决了高耗水、纤维素酶用量高的问题。

技术领域：

本发明涉及生物质转化成新能源的技术领域，具体涉及一种改进的高温液态水预处理木质纤维素类生物质的方法。

背景技术：

利用木质纤维素类生物质进行生物炼制生产能源及高附加值化学品，对于保障国家能源和经济安全具有积极作用，而且对于减缓日益严重的环境污染也具有十分重要的现实意义。将木质纤维素类生物质中的糖基高分子聚合物—半纤维素和纤维素水解为可发酵性糖，是生产纤维素乙醇、丁醇、生物汽油等能源化工产品，进而实现生物炼制的必备基础。但纤维素-半纤维素-木质素紧密的空间三维结构组成了木质纤维生物质的天然抗转化屏障，通过预处理技术去除木质素/半纤维素位阻、增大物料表面孔径和表面积、降低纤维素的结晶度和聚合度，进而打破生物质转化屏障，对于提高纤维素酶解率及后续微生物的多糖利用率至关重要。

高温液态水预处理(Liquid Hot Water)是指利用温度在150℃-350℃之间，压力高于其饱和蒸汽压的压缩液态水为反应介质的方法。因其H+和OH-浓度比正常水高出约101.5倍而自身具有酸碱催化功能。与传统酸碱、氨纤维爆破等化学预处理相比，该方法无化学试剂添加，且降解产物少，因而已成为预处理领域的研究热点。然而文献【BioresourceTechnology144(2013)210–215】中提到高温液态水预处理存在高耗水、高耗能的缺点，如甘蔗渣在160℃，5％浓度下处理20min，残渣纤维素酶解率为76.3％，当进一步降低用水量，在20％浓度下残渣酶解率仅为22.1％；水量的减少，降低了反应体系的热质传递效率，在生物质与高温液态水接触界面，半纤维素被水解为木聚糖，但木聚糖无法扩散到水相中进一步水解，滞留在生物质表面的木聚糖会进一步聚合反应生成类木质素产物，一方面抑制了半纤维素的水解，另一方面阻碍了后续纤维素酶与纤维素的解除水解。此外，高底物浓度预处理过程中半纤维素糖化率较低，5％和20％浓度下分别为74.2％和28.1％。若预处理过程中不能将大部分半纤维素脱除，势必会导致后续残渣酶解、五碳糖/六碳糖共发酵难度增大。与此同时，低木质素脱除率使得残渣纤维素酶解过程中酶用量居高不下，这些均限制了该绿色预处理技术在木质纤维素类生物质糖化发酵领域的推广应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种改进的高温液态水预处理木质纤维素类生物质的方法，通过在水解过程中添加生物基极性非质子溶剂，不仅提高体系的传质特性，还同时溶解生物质中木质素和表面类木质素，从而实现半纤维素的高效水解、木质素的高效脱除，并且降低用水量。生物基极性非质子溶剂如四氢呋喃、糠醛等本身就是生物质水解产物，替代部分水有利于提高体系传质特性和木质素溶解性，解决了高温液态水预处理木质纤维素类生物质的方法中半纤维素无法进一步水解，木质素的脱除率低，阻碍了后续纤维素酶与纤维素的解除水解的问题，也解决了高耗水、纤维素酶用量高的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种改进的高温液态水预处理木质纤维素类生物质的方法，该方法包括以下步骤：