一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于生物質(zhì)材料處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法。所述預(yù)處理方法為：將脫蠟處理的闊葉木原料加入到NaOH水溶液中，然后加入H2O2混合均勻得到混合物料，再將混合物料進(jìn)行水浴振動(dòng)加熱處理、洗滌和超聲處理，最后將超聲處理后的物料進(jìn)行離心脫水，得到預(yù)處理物料。本發(fā)明專利技術(shù)采用超聲化學(xué)法預(yù)處理，能夠大量脫除細(xì)胞壁中木質(zhì)素，打破植物細(xì)胞壁的致密結(jié)構(gòu)，提高纖維素的可及度，能夠在很大程度上提高原料的酶解糖化效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于生物質(zhì)材料處理
，具體涉及一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法。
技術(shù)介紹
隨著化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，能源需求量的增長與不可再生石化資源的短缺之間的矛盾日益突出，利用可再生資源生產(chǎn)新能源已成為科技工作者研究的熱點(diǎn)。相對于傳統(tǒng)的谷物燃料，木質(zhì)纖維素燃料具備“不與人爭糧、不與糧爭地”的優(yōu)勢被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的可持續(xù)能源之一。由于植物細(xì)胞壁具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)及頑抗的抗降解性，增加了木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品過程中的難度，因此對植物纖維原料進(jìn)行預(yù)處理是提高其高效利用的必要途徑。預(yù)處理的目的是疏松或破壞纖維素的致密結(jié)構(gòu)以及木質(zhì)素和半纖維素對纖維素的包裹，使纖維素、半纖維素和木素相對容易分離，從而提高水解劑對纖維素的可及度和催化效率，使碳水化合物易于轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵性糖，從而用來生產(chǎn)燃料乙醇。在植物纖維原料轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵性糖的過程中，預(yù)處理過程一直被認(rèn)為是成本耗費(fèi)最高的一個(gè)步驟。在木質(zhì)纖維原料中，闊葉木原料(如楊木)具有生長周期短、木素含量低、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。因此，有必要研究開發(fā)一種能夠提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理工藝，以達(dá)到降低預(yù)處理成本和提高預(yù)處理效率的目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本專利技術(shù)的目的在于提供一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法。本專利技術(shù)目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法，包括如下步驟：(1)將脫蠟處理的闊葉木原料加入到NaOH水溶液中，然后加入H2O2混合均勻；(2)對步驟(1)所得物料進(jìn)行水浴振動(dòng)加熱處理；(3)洗滌步驟(2)所得物料；(4)對步驟(3)所得物料進(jìn)行超聲處理；(5)將步驟(4)超聲處理后的物料進(jìn)行離心脫水，得到預(yù)處理物料。優(yōu)選地，所述的闊葉木原料是指楊木。優(yōu)選地，步驟(1)中所述脫蠟處理的步驟如下：將闊葉木原料粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95％(v/v)的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80℃、時(shí)間為5-6h，抽提后的物料在45～55℃下烘干，得到脫蠟處理后的物料。優(yōu)選地，步驟(1)中所述闊葉木原料與NaOH水溶液質(zhì)量比為1:(10～30)，所述NaOH水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～2％；所述H2O2加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～2％。優(yōu)選地，步驟(2)中所述水浴振動(dòng)加熱處理的條件為：溫度為70-90℃、時(shí)間為30-50min，振動(dòng)轉(zhuǎn)速為150～200rpm/min。優(yōu)選地，步驟(3)中所述洗滌是指洗滌至物料的pH在6.5～7.5之間。優(yōu)選地，步驟(4)中所述超聲處理的條件為：超聲處理溫度為30-50℃、時(shí)間為4～8min、功率為360W。優(yōu)選地，步驟(5)中所述離心轉(zhuǎn)速為3800～5000rpm/min。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：(1)常規(guī)的化學(xué)法預(yù)處理方法需要較高的溫度和較長的處理時(shí)間，而本專利技術(shù)采用超聲化學(xué)法預(yù)處理，能夠大量脫除細(xì)胞壁中木質(zhì)素，打破植物細(xì)胞壁的致密結(jié)構(gòu)，提高纖維素的可及度，能夠在很大程度上提高原料的酶解糖化效率；(2)本專利技術(shù)運(yùn)用超聲化學(xué)法對闊葉木原料進(jìn)行預(yù)處理，顯顯降低了預(yù)處理的溫度和時(shí)間，節(jié)約了預(yù)處理的能源消耗；(3)本專利技術(shù)為生產(chǎn)纖維素乙醇提供了一種有效的預(yù)處理工藝方法，提高了闊葉木原料的利用價(jià)值。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本專利技術(shù)的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1(1)將楊木粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95％的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80℃，時(shí)間為5h，抽提后的物料在50℃下烘干；(2)將步驟(1)中所得物料與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的NaOH溶液在反應(yīng)釜中按照質(zhì)量比1:10的比例混合，并向該混合液中加入H2O2；所述的H2O2用量為混合液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1％；(3)對步驟(2)的反應(yīng)釜在水浴振動(dòng)器中進(jìn)行加熱，溫度為70℃、時(shí)間為30min，振動(dòng)器的轉(zhuǎn)速為150rpm/min；(4)對步驟(3)所得物料進(jìn)行洗滌，直到物料的pH在6.5～7.5之間；(5)對步驟(4)所得物料進(jìn)行超聲處理，溫度為40℃、時(shí)間為5min、功率為360W；(6)對步驟(5)所得物料進(jìn)行離心脫水；離心轉(zhuǎn)速為3800rpm/min，對物料通過離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到預(yù)處理后的楊木物料。將本實(shí)施例所得預(yù)處理后的楊木物料進(jìn)行纖維素酶水解，溫度為50℃，時(shí)間為60h，酶活為20FPU/g(基質(zhì))；經(jīng)酶解后的最終葡萄糖濃度為8.76g/L，是未經(jīng)預(yù)處理物料酶解后的7.2倍。實(shí)施例2(1)將楊木粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95％的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80℃，時(shí)間為5h，抽提后的物料在50℃下烘干；(2)將步驟(1)中所得物料與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的NaOH溶液在反應(yīng)釜中按照質(zhì)量比1:20的比例混合，并向該混合液中加入H2O2；所述的H2O2用量為混合液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1％；(3)對步驟(2)的反應(yīng)釜在水浴振動(dòng)器中進(jìn)行加熱，溫度為70℃、時(shí)間為30min，振動(dòng)器的轉(zhuǎn)速為150rpm/min；(4)對步驟(3)所得物料進(jìn)行洗滌，直到物料的pH在6.5～7.5之間；(5)對步驟(4)所得物料進(jìn)行超聲處理，溫度為40℃、時(shí)間為5min、功率為360W；(6)對步驟(5)所得物料進(jìn)行離心脫水；離心轉(zhuǎn)速為3800rpm/min，對物料通過離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到預(yù)處理后的楊木物料。將本實(shí)施例所得預(yù)處理后的楊木物料進(jìn)行纖維素酶水解，溫度為50℃，時(shí)間為60h，酶活為20FPU/g(基質(zhì))；經(jīng)酶解后的最終葡萄糖濃度為10.01g/L，是未經(jīng)預(yù)處理物料酶解后的8.3倍。實(shí)施例3(1)將楊木粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95％的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80℃，時(shí)間為5h，抽提后的物料在50℃下烘干；(2)將步驟(1)中所得物料與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的NaOH溶液在反應(yīng)釜中按照質(zhì)量比1:20的比例混合，并向該混合液中加入H2O2；所述的H2O2用量為混合液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2％；(3)對步驟(2)的反應(yīng)釜在水浴振動(dòng)器中進(jìn)行加熱，溫度為70℃、時(shí)間為30min，振動(dòng)器的轉(zhuǎn)速為150rpm/min；(4)對步驟(3)所得物料進(jìn)行洗滌，直到物料的pH在6.5～7.5之間；(5)對步驟(4)所得物料進(jìn)行超聲處理，溫度為40℃、時(shí)間為5min、功率為360W；(6)對步驟(5)所得物料進(jìn)行離心脫水；離心轉(zhuǎn)速為3800rpm/min，對物料通過離心機(jī)進(jìn)行固液分離，得到預(yù)處理后的楊木物料。將本實(shí)施例所得預(yù)處理后的楊木物料進(jìn)行纖維素酶水解，溫度為50℃，時(shí)間為60h，酶活為20FPU/g(基質(zhì))；經(jīng)酶解后的最終葡萄糖濃度為13.65g/L，是未經(jīng)預(yù)處理物料酶解后的11.3倍。實(shí)施例4(1)將楊木粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95％的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80℃，時(shí)間為5h，抽提后的物料在50℃下烘干；(2)將步驟(1)中所得物料與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的NaOH溶液在反應(yīng)釜中按照質(zhì)量比1:20的比例混合，并向該混本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法，其特征在于包括如下步驟：(1)將脫蠟處理的闊葉木原料加入到NaOH水溶液中，然后加入H2O2混合均勻；(2)對步驟(1)所得物料進(jìn)行水浴振動(dòng)加熱處理；(3)洗滌步驟(2)所得物料；(4)對步驟(3)所得物料進(jìn)行超聲處理；(5)將步驟(4)超聲處理后的物料進(jìn)行離心脫水，得到預(yù)處理物料。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法，其特征在于包括如下步驟：(1)將脫蠟處理的闊葉木原料加入到NaOH水溶液中，然后加入H2O2混合均勻；(2)對步驟(1)所得物料進(jìn)行水浴振動(dòng)加熱處理；(3)洗滌步驟(2)所得物料；(4)對步驟(3)所得物料進(jìn)行超聲處理；(5)將步驟(4)超聲處理后的物料進(jìn)行離心脫水，得到預(yù)處理物料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法，其特征在于：所述的闊葉木原料是指楊木。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法，其特征在于步驟(1)中所述脫蠟處理的步驟如下：將闊葉木原料粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95％的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80℃、時(shí)間為5-6h，抽提后的物料在45～55℃下烘干，得到脫蠟處理后的物料。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種提高闊葉木原料纖維素酶解糖化率的預(yù)處理方法，其...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王勝丹，楊仁黨，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44