[发明专利]提高木质纤维素转化效率的蒸汽-氨联合预处理工艺

说明书

本发明公开了一种提高木质纤维素转化效率的蒸汽‑氨联合预处理工艺，属于生物炼制技术领域。所述工艺在氨预处理前采用蒸汽对木质纤维素进行预处理。本发明的蒸汽‑氨联合预处理工艺可破坏生物质中的半纤维素以及木质素结构，同时将部分木聚糖转化成寡聚木糖或木糖，减少半纤维素酶的用量，从而降低木质纤维素转化成生物产品的成本，推动木质纤维素转化的工业大规模生产。

技术领域

本发明属于生物炼制技术领域，涉及一种提高木质纤维素转化效率的蒸汽-氨联合预处理工艺。

背景技术

木质纤维素作为一种可再生资源，其分布广泛、易于获取，可以作为生产液体燃料等化学产品的原料。然而木质纤维素结构复杂，其中木质素和半纤维素裹着纤维素形成致密结构，通过氢键或共价键将糖类等聚合物连接在一起，形成抗生物降解特性，使得木质纤维素难以生物降解。有效的预处理方式可以打破生物质的这种结构，提高其生物转化效率。

目前，氨预处理是木质纤维素转化成乙醇等产品流行的预处理方式之一。氨预处理可以将木质纤维素内部的木质素萃取到表面，增加木质纤维素内部的孔隙，对木质纤维素的成分影响较小(Lau M J，Lau M W，Gunawan C，et al.Ammonia Fiber Expansion(AFEX)Pretreatment,Enzymatic Hydrolysis,and Fermentation on Empty Palm FruitBunch Fiber(EPFBF)for Cellulosic Ethanol Production.Applied BiochemistryBiotechnology,2010,162(7):1847-1857.)。同时，氨可回收利用，残留的氨可以作为发酵菌种的氮源。但是氨预处理的局限在于对半纤维素的结构影响较小，需要补加大量的木聚糖酶和果胶酶等半纤维素酶将半纤维素转化为单糖，提高了整个生物转化的成本。

此外，蒸汽预处理也是一种传统的预处理方式，该预处理主要是利用高温高压水蒸汽处理木质纤维素。在高温作用下，水蒸气渗入木质纤维素原料内部，将原料中的乙酞基和一些其它功能基团转化有机酸，将半纤维素水解成低聚糖，同时软化并降解部分木质素(Kim S M，Dien B S，Tumbleson M E，et al.Improvement of sugar yields from cornstover using sequential hot water pretreatment and disk milling.BioresourceTechnology,2016,216:706-713.)。利用蒸汽预处理对木质纤维素进行处理，可使其结构更加蓬松，且将部分木聚糖转化成木聚寡糖或木糖，更有利于酶水解的进行。但是，要实现较好的预处理效果，蒸汽预处理需要温度较高，且产生的一系列降解物对后续酶解和发酵都有显著抑制作用，不利于纤维素乙醇工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高木质纤维素转化效率的蒸汽-氨联合预处理工艺， 该工艺将蒸汽预处理与氨预处理结合，并省去氨预处理中的补充半纤维素酶的步骤，提高木糖的转化率和减少酶的使用量。

实现本发明目的的技术方案如下：

提高木质纤维素转化效率的蒸汽-氨联合预处理工艺，包括以下步骤：

将木质纤维素原料先在160～250℃下进行蒸汽预处理，反应完全后，将原料中的水分蒸发至干物重量的20％～80％，通入或加入氨，80～160℃下进行氨预处理。

所述的木质纤维素为采用常规使用的木质纤维素，可以是小麦秸秆、玉米秸秆、农林废料、水稻秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、林业废料、回收木浆纤维、木屑、软木，硬木或动物粪便。

所述的木质纤维素原料采用常规使用的木质纤维素原料，可以是长条状木质纤维素、块状木质纤维素或颗粒状木质纤维素，长条状木质纤维素的长度为0.01mm～10cm，块状木质纤维素的块状密度为50～900kg/m³，颗粒状木质纤维素的直径为0.5mm～10cm。