[发明专利]一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法

说明书

本发明公开了一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法，包括以下步骤：使用酸性水溶液对木屑进行酸预处理，所述酸性水溶液中添加碳正离子清除剂；酸预处理结束后固液分离得到酸性预处理滤渣；使用碱性水溶液对酸性预处理滤渣进行碱预处理，所述碱性水溶液中添加聚乙二醇缩水甘油醚；碱预处理结束后固液分离得到富含纤维素的物料；使用纤维素酶酶解富含纤维素的物料，得到葡萄糖。与单独采用(2‑萘酚辅助)稀硫酸预处理、或单独采用(聚乙二醇缩水甘油醚辅助)碱预处理落叶松木屑的酶解得率相比，本发明的组合预处理使得酶水解得率由20％提高至90％以上。

技术领域

本发明涉及木屑预处理及酶解，具体涉及一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法。

背景技术

随着人类社会对化石资源需求的日益增长和过度开采，地球上化石资源不可避免地面临着枯竭殆尽的命运。木质纤维原料是地球上最为丰富的可再生资源，它通过植物的光合作用将太阳能捕捉并以聚合物的形式储存起来。利用工业生物技术将木质纤维原料转化为可替代能源及化学品等是缓解化石资源短缺的重要途径之一。木质纤维原料主要包括阔叶材、针叶材、能源作物、农作物秸秆、农林废弃物以及城市纤维垃圾等。落叶松为松科落叶松属的落叶乔木，是我国东北、内蒙古林区以及华北、西南的高山针叶林的主要森林组成树种，是东北地区主要三大针叶用材林树种之一。落叶松作为我国重要的经济树种，目前已形成从育种、培育、加工利用和家具生产的完整产业链，每年因其木材加工产生大量落叶松木屑。然而，目前这些落叶松木屑利用率较低，主要用于木材加工工业，少部分用于制作医用或食用的落叶松阿拉伯半乳聚糖等。因此，在能源制约及环境污染的大背景下，以落叶松木屑为原料，通过工业生物技术将其转化为能源或化学品，从而提高落叶松木屑利用率，具有重要的实际意义。

落叶松木屑中的纤维素在纤维素酶催化下可降解成单糖，继而被不同微生物发酵成各种能源或化学品。然而，与其它木质纤维原料一样，落叶松木屑中纤维素、半纤维素和木质素形成致密的结构，不利于纤维素酶对纤维素的降解作用。因此，木质纤维原料在进行纤维素酶水解前必须进行预处理，从而破坏木质纤维素的致密结构，以达到提高酶水解效率的目的。常用的预处理方法有稀酸预处理、蒸汽爆破预处理、碱法预处理、水热预处理等。在稀酸预处理过程中，原料中半纤维素大量水解，使得纤维素可及性提高，大大增强了原料纤维素酶水解性能。碱法处理则有效断裂酯键或醚键，从而有利于木质素的溶出。然而，不同种类木质纤维原料的结构差异性导致同样的预处理方法往往呈现出不同的预处理效果。前期研究结果表明，采用常规的稀酸法处理草本原料，如玉米秸秆，可实现预处理玉米秸秆的高效纤维素酶水解。然而，针对于木本原料，尤其是针叶材原料，即使采用高强度的稀酸预处理条件，其稀酸预处理落叶松木屑的纤维素酶水解得率仍处于极低水平。有文献报道表明，随着酸性预处理强度的升高，酸性预处理针叶材的纤维素酶水解得率反而下降。这是由于针叶材木质素易在酸性条件下发生缩聚反应，所形成的缩聚型木质素更易导致纤维素酶的失活变性，从而进一步抑制纤维素酶水解的进行。同样，前期研究结果表明，聚乙二醇二缩水甘油醚辅助低温碱处理玉米秸秆，使得玉米秸秆木质素在碱预处理过程中实现木质素原位接枝修饰，从而降低木质素疏水性，缓解木质素对纤维素酶的无效吸附，显著提高纤维素酶水解得率。然而，对于落叶松木屑，聚乙二醇二缩水甘油醚辅助的低温碱处理无法破除致密结构。如果提高预处理温度或预处理碱用量，则往往使得木本原料中纤维素或半纤维素的回收率显著下降。因此，为提高落叶松木屑的纤维素酶水解性能，建立落叶松木屑的高效预处理策略成为亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：为了解决现有木屑预处理效果差、酶解得率低的问题，本发明提供了一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法。

技术方案：本发明所述一种通过组合预处理促进木屑酶解的方法，包括以下步骤：

(1)使用酸性水溶液对木屑进行酸预处理，所述酸性水溶液中添加碳正离子清除剂；酸预处理结束后固液分离得到酸性预处理滤渣；