[发明专利]一种利用木质素降解菌强化废弃生物质水热预处理的方法

说明书

本发明公开了一种利用木质素降解菌强化废弃生物质水热预处理的方法，具体涉及在废弃生物质水热法预处理的基础上，利用一种木质素降解菌(Cupriavidus basilensis B‑8，保藏编号CGMCC No.4240)以及通过改善培养条件进一步去除废弃生物质中的残余木质素，极大提高酶解糖化时的可及表面。该方法使水热法预处理的酶解效率提高约56％，且具有处理时间短、操作简单、无二次污染、成本低廉等优点。

技术领域：

本发明属于生物质新能源技术领域，具体涉及一种利用木质素降解菌强化废弃生物质水热预处理的方法。

背景技术：

近年来，为了降低对化石燃料的依赖，各国政府和科研机构大力开展对可再生能源的开发和研究。废弃生物质中的木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，蕴藏着巨量的碳资源，成为第二代生物质能源，是当前生物乙醇、生物塑料、生物柴油等绿色产品生物发酵最重要的碳源。木质纤维素中的纤维素是由D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键联结而成的长链分子，长链分子进一步通过氢键等作用力形成具有高度结晶区的超分子稳定结构。同时，半纤维素和木质素紧密镶嵌在纤维素的周围。由于木质纤维素结构的复杂稳定性，如不进行任何处理，其糖化发酵效率极低。因此，预处理成为了木质纤维素开发利用的首要环节，即疏松或破坏纤维素的致密结构以及木质素和半纤维素的包裹，使纤维素、半纤维素和木质素分离，从而提高酶对纤维素的可及度和作用效率。

目前的预处理工艺主要分为物理法、化学法和生物法。其中水热法是指在高温高压下，水解离出的H⁺和OH^-催化半纤维素的水解去除。该方法具有药耗低、环境友好、纤维素损失小和操作简单等诸多优势，成为了最主要的木质纤维素预处理方法之一。然而，水热法难以高效去除木质纤维素中的木质素成分，阻碍了酶解效率的进一步提高。真菌由于含有木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶，可直接作用于木质纤维素中的木质素成分。因此，真菌法和真菌-水热联合预处理逐渐受到了关注。然而，真菌法最大的缺点就是处理时间过长(10～50天)，不利于扩大化和工业化。与真菌相比，木质素降解细菌的数量虽然较少，但可大大缩短生物处理接种时间(7天)，因此采用细菌替代真菌进行木质纤维素预处理具有重要意义。当前，国内外尚无水热-细菌联合预处理的相关报道。

由于木质素具有天然异质性、多变性和极强的稳定性，当水热反应条件较温和时，木质素难以高效去除，不仅降低了糖纯度，也给纤维素的后续酶解和生物转化造成阻碍。若改用高强度水热条件，提高了对设备的要求，又极易造成纤维素的过度破坏和流失。因此，减弱水热预处理条件，同时利用微生物深度去除渣中残留木质素是提高废弃生物质中碳源利用和资源化产率的关键。

此外，废弃生物质秸秆也就是原生木质纤维素，不仅包括木质素，还包括纤维素和半纤维素，三者紧密结合连接；其中的原生木质素高度聚合，木质素降解细菌作用原生木质纤维素时比纯的碱木质素要更加复杂，作用难度更大，因此，找寻合适的培养基成分以及条件，最大程度的去除水热预处理渣中残留木质素也是亟待解决的问题。

发明内容：

为了解决现有废弃生物质预处理技术存在的问题，本发明提供了一种利用木质素降解菌强化废弃生物质水热预处理的方法。

本发明的技术方案为：

一种利用木质素降解菌强化废弃生物质水热预处理的方法，包括以下步骤：

(1)水热预处理：将粉碎的废弃生物质加入至水中，进行水热反应，过滤分离，所得固体清洗至pH呈中性，烘干，得到水热法预处理废弃生物质；

(2)木质素降解菌强化预处理：将保藏编号为CGMCC No.4240的木质素降解菌Cupriavidus basilensis B-8接种于含水热法预处理废弃生物质的无菌培养基中，培养后，过滤分离所得固体清洗，烘干，得到细菌强化水热预处理的废弃生物质。

步骤(1)所述的废弃生物质包括：水稻秸秆，玉米秸秆，小麦秸秆，甘蔗渣或柳枝稷等