CN101824436A - 一种改进的木质纤维素原料的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其具体步骤为:(1)将木质纤维素原料进行粗切,除去秸秆粗粒中的沙石杂物;(2)将步骤(1)得到的粗粒在预处理反应器进行预处理;(3)在预处理结束后,将预处理后的木质纤维素物料进行进一步粉碎至0.1~10mm的木质纤维素细粒;(4)将步骤(3)得到的木质纤维素细粒,其进入下一步的酶水解和发酵加工过程。本发明的优点:在强化预处理效果的同时,降低了预处理过程的能耗和成本,减少了抑制物的产生,同时增强了木质纤维素原料的可酶解性。
Description
【技术领域】
本发明涉及生物能源领域,具体的是一种改进的木质纤维素原料的预处理方法。
【背景技术】
木质纤维素原料的结构复杂,半纤维素和木质素通过共价键联结成网状结构,将纤维素紧紧包裹起来,要直接对木质纤维素进行酶解或生物转化必须首先对原料进行预处理,来降低纤维素的聚合度和结晶度,破坏木质素、半纤维素的结合层,部分或全部脱去木质素,增加纤维素的酶解性。因此,预处理方法对于以木质纤维素为原料的生物炼制工业的发展至关重要。
目前,对木质纤维素的预处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物预处理等方法。物理法主要有机械法、高温热水预处理等方法,尽管这类预处理方法可以提高纤维素在酶解时的转化率,但是其能耗过大且预处理效果有限而使其不能广泛应用;化学法主要有酸处理、碱处理、有机溶剂预处理等方法,这些预处理方法可以显著促进纤维素的酶解效率,但是存在着对环境污染严重,污水处理成本高的问题;生物预处理主要是利用白腐真菌类微生物降解木质素,从而提高纤维素的酶解效率,但是生物预处理的周期很长,而且预处理效果一般。
物理化学法包括高温稀酸预处理、蒸汽膨爆预处理、氨纤维膨爆预处理等是当前研究的最为深入、应用也最为广泛的木质纤维素预处理方法。物理化学类的预处理方法能够有效的破坏木质纤维素的固有结构,有效提高纤维素的酶解效率,但是它们都存在着预处理强度高、能耗太大、且预处理过程中生成一些抑制物组分,不利于木质纤维素酶解后的后续发酵和生物炼制过程。因此,开发一种节能、高效、成本低廉的预处理方法对以木质纤维素为原料的生物炼制产业具有明显的推动作用。
【发明内容】
本发明目的在于克服现有木质纤维素原料预处理技术的不足,提供一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,降低预处理过程的能耗,减少预处理过程产生的抑制物,强化预处理效果,提高木质纤维素原料的酶解性,有利于对木质纤维素酶解产物的再加工过程。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,具体步骤为:
(1)将木质纤维素原料进行粗切,除去秸秆粗粒中的沙石杂物;
所述的木质纤维素原料选自玉米秸秆、麦秆、稻草、棉秆、油菜秆、甜高粱茎秆、甘蔗渣、木屑、废纸、柳枝稷或者麻风树籽壳中的一种或几种混合物;
粗切的方法包括磨碎、切碎、压碎、碾碎、粉碎和撕碎;粗切后的木质纤维素粗粒长度为0.1~10cm,优选长度为1~5cm;
(2)将步骤(1)得到的粗粒在预处理反应器进行预处理;
预处理采用的方法选自蒸汽膨爆预处理方法、高温稀酸预处理方法、高温SO2预处理方法、氨纤维膨爆预处理方法、液氨循环渗透预处理方法、二氧化碳膨爆预处理方法、碱石灰预处理方法或者湿氧化法中的一种或几种组合方法;
(3)在预处理结束后,将预处理后的木质纤维素物料进行进一步粉碎至0.1~10mm的木质纤维素细粒;
粉碎的方法包括磨碎、切碎、压碎、碾碎、粉碎、撕碎等;粉碎后的木质纤维素细粒的长度为0.1~10mm,优选长度为0.1~1mm;
(4)将步骤(3)得到的木质纤维素细粒,其进入下一步的酶水解和发酵加工过程;
酶水解中采用的酶选自纤维素酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、木质素酶、酯酶或者果胶酶中的一种或几种混合酶;
发酵加工过程包括对木质纤维素物料酶水解得到产物的乙醇发酵、沼气发酵以及所有以木质纤维素酶解糖为平台的生物炼制过程。
与现有技术相比,本发明的积极效果是:
(1)本发明的原料来源广泛,适用于所有的木质纤维素原料,包括玉米秸秆、麦秆、稻秆、棉秆、油菜秆、甜高粱茎秆、甘蔗渣、木屑、废纸、柳枝稷、麻风树籽壳等原料中的一种或几种的组合;
(2)本发明适用于几乎所有的预处理方法,包括蒸汽汽爆预处理方法、高温稀酸预处理方法、高温SO2预处理方法、氨纤维膨爆预处理方法、液氨循环渗透预处理方法、二氧化碳膨爆预处理方法、碱石灰预处理方法、湿氧化法等预处理方法中的一种或几种的组合预处理方法;
(3)本发明将传统的预处理之后增加了木质纤维素颗粒的磨碎处理,降低了木质纤维素前处理过程中的粗切强度,在强化预处理效果的同时,大大降低了预处理过程的能耗,节约了预处理的成本;
(4)经过本发明处理后的木质纤维素原料的酶解程度高,生物炼制产物的得率较高。
【具体实施方式】
以下提供本发明是一种改进的木质纤维素原料的预处理方法的具体实施方式。
实施例1
将风干的玉米秸秆粗切成0.1~10cm长,除去物料中的沙石等杂物,将秸秆置于预处理反应器进行蒸汽爆破预处理,将预处理后的秸秆进行磨碎处理,得到5~10mm的木质纤维素细粒,将磨碎后的秸秆放入三角摇瓶中,固体含量达5%(w/w),并加入纤维素酶Accellerase1000TM,酶量为7FPU/gDM,50℃,200rpm水浴摇床酶解24h,纤维素的转化率可以达到71.06%,半纤维素转化率为10.46%。
实施例2
将风干的玉米秸秆粗切成0.1~10cm长,除去物料中的沙石等杂物,将秸秆置于预处理反应器进行蒸汽爆破预处理,将预处理后的秸秆进行磨碎处理,得到0.1~5mm的木质纤维素细粒,将磨碎后的秸秆放入三角摇瓶中,固体含量达5%(w/w),并加入纤维素酶Accellerase1000TM,酶量为7FPU/gDM,50℃,200rpm水浴摇床酶解24h,纤维素的转化率可以达到71.88%,半纤维素转化率为10.86%。
实施例3
将风干的玉米秸秆粗切成0.1~10cm长,除去物料中的沙石等杂物,将秸秆置于预处理反应器进行蒸汽爆破预处理,将预处理后的秸秆进行磨碎处理,得到0.1~10mm的木质纤维素细粒,将磨碎后的秸秆放入生物反应器中,固体含量达30%(w/w),加入纤维素酶Accellerase1000TM,酶量为15FPU/gDM,50℃、200rpm进行预酶解,12h后接入10%(v/v)的酿酒酵母菌,37℃、150rpm进行同步糖化与发酵,72h后结束发酵。发酵液中乙醇浓度可达58.68g/L,纤维素的转化率为75.43%。
本发明所涉及的秸秆的处理方法不限于蒸汽爆破预处理,还可以为高温稀酸预处理方法、高温SO2预处理方法、氨纤维膨爆预处理方法、液氨循环渗透预处理方法、二氧化碳膨爆预处理方法、碱石灰预处理方法或者湿氧化法中的一种或几种组合方法。
本发明所涉及的酶不限于纤维素酶,还可以为纤维二糖酶、木聚糖酶、木质素酶、酯酶或者果胶酶中的一种或几种混合酶。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,具体步骤为:
(1)将木质纤维素原料进行粗切,除去秸秆粗粒中的沙石杂物;
(2)将步骤(1)得到的粗粒在预处理反应器进行预处理;
(3)在预处理结束后,将预处理后的木质纤维素物料进行进一步粉碎至0.1~10mm的木质纤维素细粒;
(4)将步骤(3)得到的木质纤维素细粒,其进入下一步的酶水解和发酵加工过程。
2.如权利要求1所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,在所述的步骤(1)中,所述的木质纤维素原料选自玉米秸秆、麦秆、稻草、棉秆、油菜秆、甜高粱茎秆、甘蔗渣、木屑、废纸、柳枝稷或者麻风树籽壳中的一种或几种混合物。
3.如权利要求1所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,在所述的步骤(1)中,粗切的方法包括磨碎、切碎、压碎、碾碎、粉碎和撕碎;粗切后的木质纤维素粗粒长度为0.1~10cm。
4.如权利要求3所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,粗切后的木质纤维素粗粒长度为1~5cm。
5.如权利要求1所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,在所述的步骤(2)中,预处理采用的方法选自蒸汽膨爆预处理方法、高温稀酸预处理方法、高温SO2预处理方法、氨纤维膨爆预处理方法、液氨循环渗透预处理方法、二氧化碳膨爆预处理方法、碱石灰预处理方法或者湿氧化法中的一种或几种组合方法。
6.如权利要求1所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,在所述的步骤(3)中,粉碎的方法包括磨碎、切碎、压碎、碾碎、粉碎和撕碎;粉碎后的木质纤维素细粒的长度为0.1~10mm。
7.如权利要求6所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,粉碎后的木质纤维素细粒的长度为0.1~1mm。
8.如权利要求1所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,在所述的步骤(4)中,酶水解中采用的酶选自纤维素酶、纤维二糖酶、木聚糖酶、木质素酶、酯酶或者果胶酶中的一种或几种混合酶。
9.如权利要求1所述的一种改进的木质纤维素原料的预处理方法,其特征在于,在所述的步骤(4)中,发酵加工过程包括对木质纤维素物料酶水解得到产物的乙醇发酵、沼气发酵以及以木质纤维素酶解糖为平台的所有生物炼制过程。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100908 |