[发明专利]一种从针叶材中制备可发酵性糖的方法

说明书

本发明公开了一种从针叶材中制备可发酵性糖的方法，具体的为一种稀酸结合亚氯酸钠的两段式预处理法从针叶材中制取可发酵性糖。其以高木质素含量的针叶材木质纤维原料，即针叶材为原料，先通过稀酸高温处理，然后过滤洗涤干燥，再将干燥的残渣经过亚氯酸钠处理，得到易于酶水解的底物，经过酶水解制取可发酵性糖。该法实现了针对顽固针叶材进行有效的预处理，实现了针叶材木质纤维原料的高效生物转化。

技术领域

本发明属于生物乙醇领域，具体涉及一种针叶材预处理方法及其在可发酵性糖中的应用。

背景技术

随着人类社会对以石油为代表的化石资源的开采利用以及大量使用化石资源引发的全球气候和环境问题，寻找可再生的资源替代化石原料生产能源和化学品成为近年来的研究热点。生物质资源由于其储量丰富、可再生性等特点成为石油替代战略的最佳原料之一，其主要包括淀粉质原料、糖质原料和植物纤维原料，可用于生产能源、化学品。我国有丰富的林业资源，并且每年有大量的林业生产剩余物，这些废弃物目前利用率较低，大量的林业生产剩余物得不到有效的利用而被焚毁或堆埋。如果将这些林业生产剩余物等植物纤维原料中的纤维素降解成可发酵性单糖，继而通过微生物发酵将可发酵性单糖转化为乙醇、丁醇、有机酸等化工产品，将有助于我国工业向低碳、低能耗、环保性工业转型，从而实现经济的可持续发展。

天然植物纤维原料中，可利用的糖类物质主要是纤维素和半纤维素，其与木质素之间相互粘合形成致密的交联结构。大多数微生物不能够直接转化纤维素，首先需将纤维素、半纤维素降解成可发酵性单糖后方可利用。采用酶法降解植物纤维原料中的纤维素，必须经过适当的预处理方法除去原料中的部分木质素和半纤维素，以增加纤维素对酶的科技度，从而提高酶水解得率。植物纤维原料中的纤维素经过酶水解后降解成己糖，经过微生物发酵即可生成乙醇或有机酸等化工产品。

针叶材是一种在全球分布很广的木质纤维原料，其木质结构具有纤维素含量高、木质素含量高及灰分少等特点，除此之外，针叶材木质素结构单元主要是愈创木基，相比其它类型木质素更为稳定。针对针叶材植物纤维原料目前常用的有效预处理方法为硫酸预浸-蒸汽爆破法。主要是首先通过稀酸预浸原料，然后在高温高压的条件下瞬时泄压爆破，实现原料的组分分离和结构变化，增加纤维素与纤维素酶的可及度。然而由于针叶材的木质素含量高，且几乎都为稳定的愈创木基木质素，即使经过硫酸预浸及蒸汽爆破，最终获得的物料仍然会有较多的木质素残留，极大地影响和抑制了物料的酶水解效果。同时，蒸汽爆破的处理工艺涉及高压操作，存在潜在的危险，逐渐在生产上被淘汰，不再适合以后的工业发展。针对木质素含量极高的针叶类木质纤维原料，有效的预处理方式及最大限度的回收木质纤维素中的纤维素组分是一个难题。

综上所述，从生产工艺的可行性及高效生物转化的角度出发，目前针对针叶材等软木的预处理方法存在一定问题，有待于寻找一种新的安全、高效的预处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种从针叶材中制备可发酵性糖的方法，以解决针对针叶材木质资源技术不足的问题，使该方法满足工业化的要求。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种从针叶材中制备可发酵性糖的方法，其具体的为一种稀酸结合亚氯酸钠两段式预处理针叶材制取可发酵性糖的方法，其包括针叶材的预处理和酶解，其中，所述的预处理包含以下步骤：

(1)稀酸预处理，将针叶材原料放入到稀酸水溶液中，其技术条件为：稀酸溶液质量百分比浓度为0.2～1％，固液比为1:3～1:10g/mL，预处理温度为130～180℃，预处理时间为30～80min，反应结束后，过滤，水洗残渣至自然pH，干燥，得到残渣；

(2)亚氯酸钠预处理，将步骤(1)所制备的残渣置于亚氯酸钠水溶液中，其技术条件为：亚氯酸钠溶液质量百分比浓度为2.5％～15％，pH为3.0～6.0，固液比为1:5～1:50g/mL，预处理温度为60～85℃，预处理时间为30～90min，反应结束后，过滤，水洗残渣至自然pH，干燥，得到底物。