CN116390955A - 预处理生物废料的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种预处理生物废料的方法，该方法包括将生物废料与碱溶液、氧化剂和合成催化剂混合以形成经预处理的生物废料。

Description

预处理生物废料的方法
技术领域
本发明涉及一种预处理生物废料的方法。
背景技术
纤维素是生物废料的主要成分。然而，纤维素缠绕在木质素和半纤维素的交联基质中，不容易分解。因此，需要各种预处理步骤来改善生物废料的分解。因此，在生物废料管理中，生物废料的预处理对于增强酶解降解性非常重要。
目前的生物废料预处理方法包括热处理、酸处理、碱处理和基于氧化剂的处理。然而，热处理比如蒸汽爆破等以及基于氧化剂的处理是高耗能的，因为需要高温。此外，对于酸处理，使用了高浓度的酸，其是腐蚀性的，不环保的，并且产生对后续处理有害的抑制性化合物。另一方面，碱处理是耗时几天到几周的缓慢过程。
因此需要改进的用于预处理生物废料的方法。
发明内容
本发明力求解决这些问题，和/或提供用于预处理生物废料的改进方法。
根据第一方面，本发明提供了一种预处理生物废料的方法，该方法包括将生物废料与碱溶液、氧化剂和合成催化剂混合以形成经预处理的生物废料。
生物废料可以为任何合适的生物废料。例如，生物废料可以包含木质纤维素生物质。
合成催化剂可以为任何合适的合成催化剂。例如，合成催化剂可以包含具有金属离子并且被合成配体围绕的金属配合物。特别地，合成配体可以包含至少一个氮。根据特定方面，合成催化剂中包含的金属离子可以为过渡金属离子。
混合可以在合适条件下进行。例如，混合可以在20-100℃的温度进行。
根据特定方面，混合可以包括将生物废料添加到包含碱溶液、氧化剂和合成催化剂的溶液中。可以将合适量的生物废料添加到溶液中。例如，添加可以包括添加基于溶液总重的1-50wt％的生物废料。混合可以在20-80℃的温度进行。混合可以进行≤24小时。
根据另一特定方面，其中混合可以包括：
-将生物废料与碱溶液在预定温度混合预定时间段以形成生物废料固体；和
-将生物废料固体添加到包含氧化剂和合成催化剂的溶液中。
预定时间段可以为任何合适的时间段。例如，预定时间段可以为1-72小时。预定温度可以为任何合适的温度。例如，预定温度可以为≤100℃。特别地，预定温度可以为20-100℃。甚至更特别地，预定温度可以为室温。
溶液可以包含合适量的氧化剂和合成催化剂。例如，溶液可以包含基于溶液总体积的0.1-10vol％的氧化剂。例如，溶液可以包含0.1-1000ppm的合成催化剂。
该方法可以进一步包括处理经预处理的生物废料。处理可以包括任何合适类型的处理。特别地，处理可以包括经预处理的生物废料的发酵、酶解糖化或其组合。
根据特定方面，处理经预处理的生物废料包括在细菌存在下发酵经预处理的生物废料。发酵可以进行合适的时间段。特别地，发酵可以进行24-195小时的时间段。
附图说明
为了可以充分理解本发明并容易地将其付诸实践，现在应通过非限制性实施例的方式来仅对示例性实施方式进行描述，该描述参考附图。在附图中：
图1示出了进行生物废料预处理和后续测试的示意性工作流程；
图2示出了用三种不同方法预处理生物废料后的可溶性木质素浓度；图2A示出了在预处理之前在1％ NaOH中温育1天(实验组1)；图2B示出了在预处理之前在1％ NaOH中温育2天(实验组1)；图2C示出了在用碱性过氧化物(AP)法和催化性碱性过氧化物(CAP)法预处理生物质后的酚浓度；
图3示出了在不同预处理方法后的生物质的扫描电子显微镜(SEM)图像；图3A示出了对照；图3B示出了碱预处理(实验组1)；图3C示出了碱性过氧化物预处理(实验组1)；图3D示出了催化性碱性过氧化物预处理(实验组1)；图3E示出了碱性过氧化物预处理(实验组2)；图3F示出了催化性碱性过氧化物预处理(实验组2)；
图4示出了经预处理的生物质酶解糖化后的变化；图4A示出了生物质的减少量(实验组1)；图4B示出了葡萄糖浓度(实验组1)；图4C示出了还原糖浓度(实验组2)；
图5示出了使用梭菌属(Clostridium sp.)G117发酵可溶性木质素后的变化；图5A示出了发酵24小时后可溶性木质素的发酵产物的气相色谱结果；图5B示出了三种主要产物丙酮、丁醇和丁酸的时间进程发酵曲线；图5C示出了通过梭菌属G117来利用木质素和葡萄糖；
图6示出了用三种预处理方法对对照、碱性过氧化物(AP)和催化性碱性过氧化物(CAP)进行甲烷生成后产生的总甲烷量；
图7示出了使用丙酮丁醇梭杆菌(Clostridium acetobutylicum)BOH3从经预处理的食品废料中发酵的产物的产率；
图8示出了使用对照、仅H2O2以及H2O2与催化剂从香草醛氧化的产物的HPLC分析；和
图9示出了从生物质的芳香性液体提取的产物的NMR分析。
具体实施方式
如上文解释的，需要改进的用于预处理生物废料的方法。
一般地说，本发明涉及用于预处理生物废料以进一步分解生物废料的成分从而增加其生物降解性的方法。本发明的方法也是一种环境友好的方法，其不使用极端的热和温度，还使用较少化学品。该方法也不会影响经预处理的生物废料的后续处理。特别地，本发明的方法是节能和环境友好的。
根据第一方面，本发明提供了一种预处理生物废料的方法，该方法包括将生物废料与碱溶液、氧化剂和合成催化剂混合以形成经预处理的生物废料。
生物废料可以为任何合适的生物废料。为本发明的目的，生物废料可以定义为可生物降解的有机废料。生物废料可以包括残留生物质、食品废料、农业废料、比如来自废水处理装置等的废污泥等。根据特定方面，生物废料可以包括木质纤维素生物质。特别地，生物废料可以包括为木质素和半纤维素的交联基质的纤维素。
合成催化剂可以为任何合适的合成催化剂。例如，合成催化剂可以包含具有金属离子并且被合成配体围绕的金属配合物。金属离子可以为任何合适的金属离子。根据特定方面，合成催化剂中包含的金属离子可以为过渡金属离子。特别地，金属离子可以为但不限于铁、铜或其合金的离子。
合成配体可以包括至少一个氮。例如，合成配体可以包括但不限于以下的一种或多种：二甘氨酰-甘油(GGG)、组氨酰-甘氨酰-甘油(HGG)、甘氨酰-甘氨酰-组氨酸(GGH)、酞菁(Pc)、2,2'-联吡啶(bpy)、乙二胺-N,N,N',N'-四乙酸(EDTA)、反式-1,2-二氨基环己烷-N,N,N',N'-四乙酸(Cy-DTA)、二亚乙基三胺-N,N,N',N",N"-五乙酸(DTPA)、N-(2-羟乙基)乙二胺-N',N',N'-三乙酸(EDTA-OH)、三亚乙基四胺-N,N,N',N",N'",N'"-六乙酸(TTHA)、O,O'-二(2-氨基乙基)乙二醇-N,N,N',N'-四乙酸(GEDTA)、乙二胺-N,N'-二丙酸二盐酸盐(EDDP)、四酰胺基大环配体(TAML)和2,2'-联吡啶(BPY)。
根据特定方面，合成催化剂可以为但不限于CuII-(bpy)、CuII-GGG、CuII-GGH、CuII-DTPA、CuII-BPY和FeII-Pc。特别地，合成催化剂可以为铁-四酰胺基大环配体(Fe-TAML)。
氧化剂可以为任何合适的氧化剂。例如，氧化剂可以为但不限于分子氧、臭氧、氟、氯、高氯酸盐、次氯酸盐、高锰酸盐化合物、过氧化氢(H2O2)和比如苄基过氧化物等的过氧化物。根据特定方面，氧化剂可以为H2O2。
碱溶液可以为任何合适的碱溶液。例如，碱溶液的pH可以为10-14。碱溶液可以为但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、原硅酸钠、偏硅酸钠、碳酸钠、氨、氢氧化铵、碳酸钙或其组合。
混合可以在合适条件下进行。根据特定方面，混合可以在20-100℃的温度进行。例如，混合可以在22-95℃、25-90℃、28-85℃、30-80℃、35-75℃、40-70℃、42-68℃、45-65℃、50-60℃、55-58℃的温度进行。特别地，温度可以为42-100℃。
混合可以通过任何合适的方法进行。例如，碱溶液、氧化剂和合成催化剂的混合可以同时或顺序进行。
根据一个特定方面，混合可以包括同时混合。例如，混合可以包括将生物废料添加到包含碱溶液、氧化剂和合成催化剂的预处理溶液中。因此，该方法可以进一步包括在混合之前制备预处理溶液。制备预处理溶液可以包括混合合适量的碱溶液、氧化剂和合成催化剂。还可以添加水以形成预处理溶液。碱溶液、氧化剂和合成催化剂可以如上所述。
特别地，制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.1-10vol％的碱溶液。例如，制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.5-9.5vol％、1.0-9.0vol％、1.5-8.5vol％、2.0-8.0vol％、2.5-7.5vol％、3.0-7.0vol％、3.5-6.5vol％、4.0-6.0vol％、4.5-5.5vol％、5.0-5.2vol％的碱溶液。甚至更特别地，制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.5-2.0vol％的碱溶液。
制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.1-10vol％的氧化剂。例如，制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.5-9.5vol％、1.0-9.0vol％、1.5-8.5vol％、2.0-8.0vol％、2.5-7.5vol％、3.0-7.0vol％、3.5-6.5vol％、4.0-6.0vol％、4.5-5.5vol％、5.0-5.2vol％的氧化剂。甚至更特别地，制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.5-3.0vol％的氧化剂。
制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.1-1000ppm的合成催化剂。例如，合成催化剂的量可以为0.5-900ppm、1.0-750ppm、5-500ppm、10-400ppm、15-350ppm、20-300ppm、50-150ppm、75-100ppm。甚至更特别地，制备可以包括混合基于待制备的预处理溶液总体积的0.5-5.0ppm催化剂。
可以将合适量的生物废料添加到预处理溶液中。例如，添加可以包括添加基于预处理溶液总体积的1-50wt％的生物废料。特别地，添加的生物废料的量可以为5-45wt％、10-40wt％、15-35wt％、20-30wt％、25-28wt％。甚至更特别地，生物废料的量可以为基于待制备的预处理溶液总体积的5-20wt％。
混合可以在合适温度进行。例如，温度可以为20-80℃。特别地，温度可以为25-75℃、30-60℃、40-58℃、45-55℃、48-50℃。甚至更特别地，温度可以为40-50℃。
混合可以进行合适的时间段。例如，混合可以进行≤24小时。特别地，混合可以进行5-22小时、10-20小时、12-18小时、15-16小时。甚至更特别地，混合可以进行3-8小时。
根据另一特定方面，混合可以包括顺序混合。例如，混合可以包括生物废料与包含碱溶液的第一溶液在第一预定温度进行第一预定时间段以形成生物废料固体的第一混合。随后，混合可以包括生物废料固体与包含氧化剂和合成催化剂的第二溶液在第二预定温度进行第二预定时间段的混合。生物废料可以在第一混合和第二混合之间进行洗涤。例如，生物废料可以在第一混合和第二混合之间与水混合。
第一溶液可以具有合适的pH。例如，第一溶液的pH可以为约10-14。第一预定时间段可以为任何合适的时间。例如，第一预定时间段可以为1-72小时。特别地，第一预定时间段可以为6-60小时、12-48小时、18-42小时、24-36小时。甚至更特别地，第一预定时间段可以为12-24小时。
第一预定温度可以为任何合适的温度。例如，第一预定温度可以为≤100℃。特别地，第一预定温度可以为20-100℃、25-90℃、30-75℃、45-70℃、50-60℃。甚至更特别地，第一预定温度可以为约20-25℃。
第二溶液可以包含合适量的氧化剂和合成催化剂。例如，第二溶液可以包含基于第二溶液总体积的0.1-10vol％的氧化剂。特别地，第二溶液可以包含基于第二溶液总体积的0.5-9.5vol％、1.0-9.0vol％、1.5-8.5vol％、2.0-8.0vol％、2.5-7.5vol％、3.0-7.0vol％、3.5-6.5vol％、4.0-6.0vol％、4.5-5.5vol％、5.0-5.2vol％的氧化剂。甚至更特别地，第二溶液可以包含基于第二溶液总体积的0.5-2.5vol％的氧化剂。
第二溶液可以包含基于第二溶液总体积的0.1-1000ppm的合成催化剂。例如，第二溶液可以包含0.5-900ppm、1.0-750ppm、5-500ppm、10-400ppm、15-350ppm、20-300ppm、50-150ppm、75-100ppm的合成催化剂。甚至更特别地，第二溶液可以包含基于第二溶液总体积的0.5-3.0ppm的催化剂。
第二预定温度可以为任何合适的温度。例如，第二预定温度可以为≤100℃。特别地，第二预定温度可以为20-100℃、25-90℃、30-75℃、45-70℃、50-60℃。甚至更特别地，第二预定温度可以为约20-25℃。
第二预定时间段可以为任何合适的时间。例如，第二预定时间段可以为1-72小时。特别地，第二预定时间段可以为6-60小时、12-48小时、18-42小时、24-36小时。甚至更特别地，第二预定时间段可以为12-24小时。
本发明的方法使氧化剂和合成催化剂能够分解生物废料中包含的生物质的抗性结构而不会形成可能对经处理的生物废料的后续加工或处理步骤有害的抑制性化合物。特别地，合成催化剂中包含的金属配合物可以与氧化剂结合并且通过分解细胞壁和从生物废料中释放木质素来催化生物废料中包含的比如木质素等有机分子的氧化。
本发明的方法可以进一步包括处理经预处理的生物废料。进一步处理可以使经预处理的生物废料能够转化为附加值产物比如糖和生物燃料等。特别地，在预处理生物废料后从生物废料中释放的木质素可以被转化为比如丙酮、乙醇、丁醇等化学品。此外，使经预处理的生物废料进行发酵过程可以使生物废料更大程度地转化为生物燃料，因为经预处理的生物废料能够被更容易地降解。
处理可以包括任何合适类型的处理。特别地，处理可以包括经预处理的生物废料的发酵、酶解糖化或其组合。
根据特定方面，进一步处理可以包括使经预处理的生物废料酶解糖化以形成比如但不限于葡萄糖、木糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖和蔗糖等的糖。可以使用任何合适的酶进行酶解糖化，比如但不限于内切葡聚糖酶、纤维素酶、半纤维素或其混合物。特别地，酶可以为纤维素酶。可以使糖进行比如发酵等的进一步加工以形成生物燃料。
根据另一特定方面，进一步处理可以包括在细菌存在下发酵经预处理的生物废料以形成比如但不限于丙酮、乙醇、丁醇等的附加值产物。细菌可以为任何合适的细菌。例如，细菌可以为但不限于酵母菌属、链球菌属、乳酸菌属、杆菌属、埃希氏菌属、沙门氏菌属、梭菌属或其组合。特别地，细菌可以为梭菌属。甚至更特别地，细菌可以为梭菌属BOH3。
发酵可以在具有经预处理的生物废料作为培养基底物的合适培养基中进行。特别地，培养基可以包含30-200/L的预处理生物废料的底物载量。
发酵可以进行合适的时间段。特别地，发酵可以进行24-195小时的时间段。特别地，发酵可以进行36-192小时、48-180小时、60-156小时、72-144小时、96-120小时的时间段。
现在已大体描述了本发明，通过参考以下实施例，将更容易理解本发明，该实施例以说明性方式提供，并非旨在限制本发明。
实施例
实施例1–生物质的预处理
pH优化
调查了pH对还原糖浓度的作用。将生物质使用具有不同pH的催化性碱性过氧化物(CAP)溶液(1％ H2O2和1ppm Fe-TAML催化剂)进行预处理。预处理后，使经预处理的样品进行酶解水解24小时以确定能够从生物质获得多少还原糖。当在pH 3下实施CAP方法时，还原糖浓度仅为15.9±0.56g/L，表明弱酸性条件不适合CAP。类似地，当在pH 7的中性条件下进行CAP方法时，还原糖浓度为16.7g/L。当在pH 10的碱性条件下进行CAP方法时，还原糖浓度增加至19g/L。
然而，pH进一步增加至11.5不会导致还原糖浓度升高，仍保持在18.4g/L。最后，在pH 13下，最高还原糖浓度在24.5g/L左右。然而，高pH需要大量氢氧化钠，这对环境是不友好的。由于pH 10是对于Fe-TAML的最佳pH，并且需要较少氢氧化钠，在以下实施例中使用pH10，以确定在pH 10下可以导致还原糖浓度高于24.5g/L的反应条件。
材料和方法
实验组1：
在该研究中使用含有约18wt％木质素的干生物质(玉米秸)样品。将样品磨碎并用均匀粒度筛分。将2g生物质在20mL 1vol％氢氧化钠(NaOH)溶液中浸没一或两天(阶段1)。
然后，将溶液以7,000rpm离心4分钟并回收残留固体。将回收的固体与20mL过氧化氢(H2O2)溶液(5000ppm)混合以形成混合物。在催化性碱性过氧化物预处理的情况下，将铁-四酰胺基大环配体(Fe-TAML)添加到混合物中，最终浓度为0.5ppm。使用1M NaOH溶液将混合物溶液的pH调节至10。随后，将混合物置于50℃的保温箱内24小时(阶段2)。
实验组2：
玉米秸用作实验组2中的模型生物质。玉米秸的平均尺寸为约3mm。在使用前将其存储在干燥箱中。不同的碱性H2O2(0.5-2vol％)液体通过如下方式制备：将20vol％H2O2溶液添加到去离子水中，并且用1M NaOH溶液将pH调节到10。然后，将2g生物质添加到20mL液体中，最终浓度为100g/L。接下来，添加催化剂(5ppm)。将液体置于保温箱内，于50℃以155rpm恒速摇动不同的预处理时间。预处理后，将液体过滤，收集所有剩余固体并于55℃干燥10小时。
预处理后，使样品进行可溶性木质素测试，将剩余固体残余物使用Cellic CTec 2酶进一步降解。该过程的示意性流程图如图1所示。
可溶性木质素测试
将福林-乔卡梯奥(FC)试剂以1:9的比率稀释。在预处理步骤后，将0.3mL经稀释的FC试剂添加到0.3mL样品中。5分钟后，将0.6mL 15vol％碳酸钠溶液添加到样品中以显色。1小时后，使用紫外-可见光分光光度计测量样品的吸光度以确定木质素浓度。
残余固体的酶解糖化/水解
将预处理后的残余固体与20mL在12％(w/v)乙酸钠缓冲液(pH＝4.8)中的CellicCtec 2溶液(100U)混合。将样品置于保温箱(T＝50℃)中。24小时后，将剩余固体与上清液分离，随后干燥。使用二硝基水杨酸(DNS)法确定上清液中还原糖的量。
DNS试剂通过将100mL蒸馏水与2g 3,5-二硝基水杨酸混合制备。然后，将60g罗谢尔盐(酒石酸钾钠)添加到溶液中，直到其完全溶解。将NaOH溶液(3.2g在40mL水中)添加到该试剂中并均匀混合。
为确定还原糖浓度，将2mL DNS试剂添加到试管中的1mL样品溶液中。将混合物置于沸水中5分钟。将混合物冷却至室温并且将7mL蒸馏水添加到试管中。使用紫外-可见光分光光度计测量样品在540nm下的吸光度值以确定还原糖浓度。最后，从校准曲线确定还原糖的浓度。
木质素和还原糖的发酵
本研究中使用的微生物为梭菌属G117。商用强化梭菌培养基(RCM)用于培养菌株G117。
将20mL RCM分配到120mL血清瓶中，同时用氮气净化该瓶以去除氧。将瓶用橡胶隔膜和铝盖密封以提供厌氧条件。随后，将含有RCM的瓶于121℃蒸压20分钟。同时，水解产物也用橡胶隔膜和铝盖密封并蒸压。将水解产物单独添加到RCM中，随后立即接种。
接种后，将瓶于37℃在恒速摇动(140rpm)下温育。发酵24小时后，从瓶收集1mL培养基并以9,000rpm离心10分钟。获得的澄清上清液用于发酵产物的确定。
发酵产物的分析
使用配备有火焰离子化检测器(FID)的气相色谱(GC；型号7890A；安捷伦科技公司，美国)分析上清液。含有丙酮、丁醇、丁酸等的发酵产物基于其保留时间进行检测。
结果
使用表1中列出的实验条件在两个不同实验组中对三种不同预处理方法碱(NaOH)、碱性过氧化物(NaOH+H2O2)、催化性碱性过氧化物(NaOH+H2O2+催化剂)进行比较。
Figure BDA0004173779900000111
表1：不同预处理组的预处理条件
可溶性木质素测试
预处理后，测量溶液中的可溶性木质素浓度。图2A示出了当生物质仅用NaOH处理并且温育时间为1天时，溶液中的木质素浓度仅为43.6g/L，表明NaOH能够从生物质去除一些木质素。相比之下,当NaOH和H2O2(5000ppm)二者均使用时，可溶性木质素浓度进一步增加至50.4g/L。当三种成分(NaOH、H2O2和催化剂)都添加到实验组1时，可溶性木质素浓度增加至51.6g/L。结果表明，使用催化性碱性过氧化物(CAP)方法从生物质释放了更多木质素。从生物质去除木质素有助于破坏纤维素-半纤维素和产生更多葡萄糖用于发酵。
当在NaOH中的温育时间为2天时，木质素浓度(如图2B所示)与1天温育时间时几乎相同。然而，当使用CAP预处理时，木质素浓度仅为47.9g/L，低于1天温育时间时的木质素浓度。一些木质素被H2O2氧化形成还原糖。
如图2C可见，当将生物质浸泡在NaOH中时，AP方法后的酚浓度高于CAP方法后的酚浓度。这可能是因为酚化合物在Fe-TAML存在下氧化。因为木质素由酚化合物构成，Fe-TAML的存在可以加快木质素的氧化和溶解。结果，使用CAP方法去除了更多的木质素。生物质氧化后，可溶性酚化合物在Fe-TAML存在下被H2O2进一步氧化，导致所示的更低酚浓度。
当结合时，结果表明使用H2O2和Fe-TAML总体上导致可溶性木质素浓度增加。
外观
预处理后对实验组1的样品的外观进行观察。在对照和碱预处理样品中，生物质基本保持完整。未观察到明显变化。相比之下，在碱性过氧化物和催化性碱性过氧化物预处理后，H2O2使样品变白。此外，生物质变得脆弱并且容易破碎。特别地，当使用CAP方法时，生物质样品变成白色和粉末状，很好地表明预处理非常有效。
扫描电子显微镜(SEM)
扫描电子显微镜(SEM)用于研究预处理后生物质的显微图像以更好地理解微观水平下生物质的转化。如图3A可见，对照样品中没有表面破坏。表面是坚硬和紧密堆积的，几乎没有孔隙。
图3B表明，实验组1中经碱预处理的样品表面被损坏，表面上有一些裂缝和孔。结果表明，NaOH能够一定程度上水解生物质，但是总体上生物质保持完整。在图3C中，在实验组1中的经碱性过氧化物预处理的样品表面上可以观察到一些圆柱形纤维。该结果表明AP方法增强了去木质素过程，并且导致全纤维素从基质中脱离。图3D表明，实验组1中的CAP方法导致非常粗糙的表面，并且表面的一些部分被雕刻，在表面上还出现了一些圆柱形纤维和深谷。
图3E表明，实验组2中在AP预处理后表面上有许多圆柱形纤维。这进一步表明，碱性过氧化物增强了预处理过程，导致脱木质素化。图3F表明，实验组2中的CAP预处理后，样品表面表明出扭曲的内部结构，表面上主要是圆柱形纤维。基于CAP预处理后观察到清晰和更碎片化的纤维结构，显然CAP方法改进了酶解水解效率，并且可以获得更高的还原糖浓度。
X-射线衍射仪(XRD)
X-射线衍射仪(XRD)用于表征实验组2的经预处理的生物质样品。对照、经AP预处理和经CAP预处理的样品的结晶度指数分别为58.36％、60.17％和67.02％。预处理后观察到结晶度指数增加，这可能是因为纤维素可及区域中的糖苷键水解导致结晶纤维素区域更多地暴露于酶。
残留固体的酶解糖化/水解
预处理后，将经预处理的固体生物质进行酶解糖化以确定多少生物质可以被水解为还原糖。与Cellic CTec 2一起温育24小时后，将不能在该过程中水解的残余生物质与液体分离。干燥后，将残余生物质称重，结果如图4A所示。
由图4A可以观察到，添加H2O2后，生物质的减少量从71.5％增加到92％。结果表明H2O2能够氧化生物质的木质素并且释放更多的全纤维素用于酶解水解。而且，当使用催化剂时，超过98％的固体生物质被降解并且变得可溶于水。在CAP预处理方法后，仅2％的生物质作为固体剩余。经AP-或CAP-预处理的生物质的高降解效率(>92％)也暗示了Cellic CTec2酶不受残余H2O2和催化剂的抑制。
还原糖浓度
对于酶解水解后的液体部分，进行DNS测试以确定液体中还原糖的量，如图4B和4C所示。结果用于评价三种预处理方法的有效性。
酶解水解后液体部分的还原糖浓度表明了相似的趋势。在实验组1中，预处理期间存在5000ppm的H2O2，还原糖浓度高于50.9g/L，但在不存在H2O2的情况下，还原糖浓度仅为37.8g/L。经CAP方法预处理的生物质产生的最高还原糖浓度为58.7g/L(图4B)。
在实验组2中，由AP方法获得的还原糖浓度为23.71g/L，其中葡萄糖浓度为23.46±0.03g/L，木糖浓度为0.250±0.002g/L，这比对照高2倍。结果表明了NaOH和H2O2在预处理过程中的协同效应。图4C还表明，如果使用CAP方法，则还原糖浓度进一步增加至27.91g/L，其中葡萄糖浓度为27.58±0.15g/L，木糖浓度为0.326±0.002g/L(图4C)。结果表明添加Fe-TAML有利于预处理过程。
较高的还原糖浓度是因为两种因素。首先，木质素溶解导致生物质变得更多孔并且易于酶解水解。其次，一些酚化合物比如香草醛是强力的酶抑制剂，其在CAP方法中被H2O2和Fe-TAML氧化。换言之，CAP方法也是用于在预处理期间去除强力抑制剂的脱毒方法。
一般来说，约50-60g/L的还原糖浓度对于丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵是理想的。固体与液体部分之间的粗略质量平衡表明，额外的7-8g/L经CAP方法预处理的生物质在酶解水解后被转化为还原糖。
木质素和还原糖的发酵
进行预处理方法后，释放了可溶性木质素和残余的糖。为将其用作有用的底物，用来自实验组1的经预处理的样品进行发酵。可溶性木质素用作发酵的碳源。将约14g/L木质素添加到RCM培养基中。
最初，在接种过程后可以观察到暗色的发酵液。发酵24小时后，发酵液颜色变浅，并且变成云雾状。形成了气泡，这表明梭菌属菌株G117能够在作为底物的可溶性木质素和残余葡萄糖下生长。图5A示出了发酵过程期间形成的产物。从保留时间可见，形成了丙酮、丁醇和丁酸。根据图5B，丙酮、丁醇和丁酸的浓度随着发酵进程增加，但是在发酵100小时后停止增加。图5C表明，在发酵进程期间，可溶性木质素和葡萄糖被梭菌属G117快速消耗。
认为在酸或碱预处理后从木质素产生了抑制剂比如酚、糠醛和羟甲基糠醛等。这些抑制剂可以抑制微生物生长并且损害发酵产物的产率。然而，没有迹象表明从CAP预处理方法获得的可溶性木质素中存在抑制性化合物。
预处理方法的优化
使用响应面法(RSM)使用实验组2的条件分析和优化H2O2浓度、催化剂浓度和时间对还原糖浓度的作用。将实验结果在三维响应面图中可视化，并且还生成等高线图，以便研究任何两个加工变量一次在其他变量保持恒定为中心水平的作用。在设计边界中,每个响应面图都有清晰的峰,暗示可以在该边界内获得还原糖的最大浓度。
研究了在2.75ppm的固定催化剂浓度下H2O2浓度和时间对还原糖浓度的作用。随着H2O2浓度增加，还原糖的浓度随着预处理时间长度增加。然而，在38.66g/L处存在最大还原糖浓度。这表明，过量使用H2O2导致产生酶抑制剂并且降低还原糖浓度。
接下来调查了在12,500ppm的固定H2O2浓度下催化剂浓度和时间对还原糖浓度的作用。使用较高的催化剂浓度和较长的预处理时间，得到了较高的还原糖浓度。然而，当还原糖浓度达到最大值38.66g/L时，进一步增加催化剂浓度或预处理时间仅导致还原糖浓度降低。这可能是因为催化剂的过氧化氢酶活性和催化剂浓度过高时H2O2的分解。过量的催化剂可能会抑制酶解活性并且导致还原糖浓度降低。
研究了当预处理时间固定为4.5小时的时候，H2O2浓度和催化剂浓度对还原糖浓度的作用。还原糖浓度的增加对H2O2浓度比对催化剂浓度更加敏感。然而，最佳H2O2浓度为约12,500ppm。超过该点，还原糖浓度保持不变。这是因为催化剂不够快，不能在预处理时间内催化所有H2O2分子，因此导致系统中的H2O2过量。
使用RSM发现，对于还原糖浓度的最佳H2O2浓度、催化剂浓度和时间分别为8850ppm、0.91ppm和4.44小时。应用设计专家(Design Expert)生成的新优化的条件,获得的最大还原糖为36.2g/L,比pH 13下获得的还原糖浓度高36.6％。进行了两次重复试验以验证最佳条件，结果与预测值一致。还原糖浓度的平均值为37.31±0.08g/L，其中葡萄糖浓度为36.54±0.08g/L，木糖浓度为0.769±0.002g/L，比经优化的糖的浓度高3.08％。木糖浓度低可能是因为使用的酶对半纤维素的水解无效。最后，预测准确率为96.92％，这是可以接受的。
实施例2–污泥的预处理
材料和方法
从新加坡的城市废水处理厂收集污泥样品。在厌氧降解(使用细菌分解污泥中的有机物质)之前和之后在样品上用包括对照、碱性过氧化物和催化性碱性过氧化物的三种处理方法进行污泥降解。
对于碱性过氧化物处理，将20mL污泥样品与2mL 20％ H2O2溶液混合，使用1.0MNaOH溶液将混合物的pH调节至10。对于催化性碱性过氧化物，还将Fe-TAML添加到混合物中，最终浓度为1ppm。将混合物置于50℃的水浴中进行处理。1小时后，经预处理的污泥经历甲烷生成。使用配备有火焰离子化检测器(FID)的气相色谱(GC；型号7890A；安捷伦科技公司，美国)分析来自甲烷生成的生物气体。检测到生物气体(甲烷)。
结果
这些处理方法对污泥降解来说是重要的，因为污泥中的碳溶解成溶解有机物将进一步增强甲烷产生。对于在厌氧降解器之前采样的污泥来说，处理后污泥的外观稍微变浅。这表明在该过程期间降解了一些污泥，然而，变化不明显，因为在厌氧降解器之前采样的污泥是非常浓缩和粘稠的。
在厌氧降解器之后采样的污泥的外观在碱性过氧化物和催化性碱性过氧化物预处理方法之后变浅。这可能是因为在污泥通过厌氧降解器之后变得没那么浓缩。在该过程期间一些污泥固体可能已经被厌氧微生物降解以产生甲烷。而且，预处理后有明显变化。对于碱性过氧化物和催化性碱性过氧化物处理二者而言，预处理后出现了明显的上清层。液体层可以容易地与固体沉降物分离。而且，针对催化性碱性过氧化物处理观察到最佳的污泥降解效率，因为液体体积大于碱性过氧化物处理后的液体体积。这是因为添加了有助于过氧化氢氧化过程的催化剂。
甲烷生成
进行甲烷生成以确定预处理后产生了多少甲烷。如图6可见，添加H2O2后，产生的总甲烷量从7.46mmol增加到12.5mmol。结果表明H2O2可以有助于废污泥的消化。由用CAP方法预处理的污泥产生的最大甲烷产量为19.3mmol。这表明，CAP方法改进了消化性并且没有抑制甲烷气体产生中的产烷生物。
实施例3–食品废料的发酵
材料和方法
生物反应器中的发酵培养基由以下组成(每升)：0.5g KH2PO4；0.5g K2HPO4；0.2gMgSO4；2.2g CH3COONH4；0.05g MnSO4；0.01g FeSO4·7H2O；1g NaCl；3g酵母提取物，和1mL具有以下浓度的微量元素溶液(每升)：0.006mg H3BO3，0.024mg NiCl2·6H2O；0.1mg ZnCl2；1.9mg CoCl2·6H2O；0.036mg Na2MoO4·2H2O；和0.05mg CuCl2·2H2O。
对于微生物种子培养，首先将培养基添加0.25mL刃天青溶液(0.1％)煮沸，并且在氮流下冷却至室温。制备厌氧培养基(pH 6.5)，分别添加0.0242g/L L-半胱氨酸和0.048g/L Na2S·6H2O。将5mL葡萄糖无菌储备溶液(300g/L)和1mL酵母提取物无菌储备(150g/L)添加到培养基中。随后，接种活性细胞(4％，vol/vol)，于37℃温育24-30小时，并且在旋转振荡器上以150rpm搅拌。
进行三阶段碳源补充：初始剂量为80g/L食品废料，第二剂量为28-36小时处80g/L食品废料，第三剂量为48-60小时处的60g/L食品废料(220g/L食品废料等于约100g/L淀粉)。
将1g/L CaCO3(Ca2+作为用于梭菌属菌株BOH3中的α-淀粉酶的金属辅因子)补充到基于食品废料的发酵培养基中以增强用于淀粉水解和丁醇产生的α-淀粉酶活性。
色氨酸诱导的菌株BOH3发酵ABE的氧化还原调节：将1g/L L-色氨酸(NADH和NADPH从头合成中的前体)添加到确定成分培养基中以增强还原力，从而经由触发NADH和NADPH的可用性来改变流。还添加了浓度为1-10ppm的合成催化剂。
采用两阶段pH转换策略：在第一个6小时期间(不包括迟滞期)首先将pH控制在6.0，然后随着培养进行允许掉落到5.0。随后，pH自动保持在5.0-5.3用于继续反应。
结果
包含丙酮丁醇梭杆菌BOH3的补料分批发酵过程可以以高产率直接发酵广泛的经预处理的食品废料。如图7可见，通过应用两阶段pH转换策略、辅因子可用性、氧化还原调节和三阶段给料策略，该过程产生了16.5g/L丁醇和和24.1g/L总溶剂(ABE)，对应于约16.5％的丁醇产率和0.229g/(L·h)的丁醇产量。实验结果表明，所得菌株的产量和生产率好于已知菌株。因此，野生型丙酮丁醇梭杆菌菌株BOH3能够以高产率和产量发酵宽泛范围的低成本且易得的碳源，并且其容易培养和开发用于商业目的。
实施例4-潜在抑制剂(香草醛)的脱毒
材料和方法
用三种处理方法进行脱毒，这些处理方法包括对照、仅H2O2和含有H2O2和Fe-TAML催化剂的催化性碱性过氧化物。这些处理方法是重要的，因为预处理过程后可能会存在这些潜在抑制剂，这将抑制酶解活性。
将10mg/mL香草醛溶解在乙醇/去离子水(比率＝1:9)中。用1MNaOH溶液将溶液的pH调节到10以获得抑制剂溶液。对于仅用H2O2的方法，通过将20％过氧化氢溶液添加到去离子水中来制备100mg/mL过氧化氢液体，并将该液体添加到抑制剂溶液中。对于催化性碱性过氧化物方法，还将0.01mg/mL Fe-TAML催化剂添加到抑制剂溶液中。
1小时后，通过配备有光电二极管阵列检测器(PDA，280nm)的高效液相色谱(HPLC)(安捷伦公司，美国)进一步分析氧化产物。
结果
根据HPLC分析(图8)，在对照组中没有观察到变化。仅用H2O2，香草醛已被氧化为4.096mg/mL香草酸。对于催化性碱性过氧化物方法，没有观察到峰，这表明使用模型抑制剂成功脱毒。
进一步进行酶解水解以确定脱毒过程后可以产生的糖量。由表2可见，添加H2O2后，产生的总糖量从5.91g/L到5.36g/L变化不大。结果表明，仅使用H2O2氧化后，仍然存在香草酸抑制酶解活性。通过用CAP脱毒方法产生的最大糖产量为22.06g/L。这表明，CAP方法能够去除潜在抑制剂，并且没有抑制糖产生中的酶。
实验 对照 H2O2 H2O2+催化剂(CAP)
时间(小时) 1 1 1
H2O2(mg/mL) - 100 100
催化剂(mg/mL) - - 0.01
香草醛(mg/mL) 9.134 0.0141 未检出
香草醛减少量(％) 0 97.68 100
香草酸(mg/mL) - 4.096 未检出
沉淀(是/否) 否 否 是
糖浓度(g/L) 5.91 5.36 22.06
表2：10mg/mL下香草醛的氧化
实施例5-从芳香性液体产生多酚酸
使用3M硫酸沉淀可溶性木质素。然后过滤经酸化的木质素(沉淀)，并且使用乙酸乙酯对芳香性液体进行溶剂提取。溶剂提取后，使用柱色谱进一步纯化多酚酸。因此，使用结晶来获得固体形式的纯多酚酸。
获得了不同的多酚酸。例如，从玉米秸生物质获得了纯对香豆酸(图9)。这表明，处理过程的所有副产物均可用于产生有价值的多酚酸。除此之外，其容易分离、产生并且能进一步开发用于商业目的。
尽管前述说明已描述了示例性实施方式，相关领域技术人员将会理解可以做出许多变动而不会背离本发明。

Claims (21)

1.一种预处理生物废料的方法，所述方法包括将生物废料与碱溶液、氧化剂和合成催化剂混合以形成经预处理的生物废料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物废料包括木质纤维素生物质。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述合成催化剂包括具有金属离子并且被合成配体围绕的金属配合物。
4.根据权利要求4所述的方法，其中所述合成配体包含至少一个氮。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述金属离子是过渡金属离子。
6.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述混合在20-100℃的温度进行。
7.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述混合包括将所述生物废料添加至包含所述碱溶液、所述氧化剂和所述合成催化剂的溶液中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述添加包括添加基于所述溶液总重的1-50wt％的生物废料。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述混合在20-80℃的温度进行。
10.根据权利要求7-9中任何一项所述的方法，其中所述混合进行≤24小时。
11.根据权利要求1-6中任何一项所述的方法，其中所述混合包括：
-将生物废料与碱溶液在预定温度混合预定时间段以形成生物废料固体；和
-将生物废料固体添加到包含所述氧化剂和所述合成催化剂的溶液中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述预定时间段为1-72小时。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述预定温度为≤100℃。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述预定温度为20-100℃。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述预定温度为室温。
16.根据权利要求7-15中任何一项所述的方法，其中所述溶液包含基于所述溶液总体积的0.1-10vol％的氧化剂。
17.根据权利要求7-16中任何一项所述的方法，其中所述溶液包含0.1-1000ppm的合成催化剂。
18.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述方法进一步包括处理所述经预处理的生物废料。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述处理包括所述经预处理的生物废料的发酵、酶解糖化或其组合。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述发酵包括在细菌存在下发酵所述经预处理的生物废料。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述发酵进行24-195小时的时间段。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287018A (zh) * 2022-11-30 2023-06-23 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 一种分质分级预处理生物质干式发酵制备甲烷和有机肥的方法
EP4389711A1 (en) * 2022-12-23 2024-06-26 Instituto Tecnológico Del Embalaje, Transporte Y Logística (Itene) Process of decontamination of a recovered cellulosic waste stream for its subsequent transformation into fermentable sugars

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE779151A (fr) * 1971-02-19 1972-02-29 Banque Expansion Industr Compositions pour l'elimination des dechets d'hydrocarbures et de dechets industriels divers par degradation biologique
US5377917A (en) * 1991-06-24 1995-01-03 Rea Gesellschaft Fur Recycling Von Energie Und Abfall Mbh Processing waste materials for anaerobic digestion of the biogenic-organic constituents
US6241779B1 (en) * 1996-07-22 2001-06-05 Carnegie Mellon University Metal ligand containing bleaching compositions
US20110259592A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Halliburton Energy Services Inc. Method and composition for treating fluids before injection into subterranean zones
US20150265867A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-24 Shantha Sarangapani System and Method for Deactivation and Disposal of a Pharmaceutical Dosage Form
US20150352540A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-10 Board Of Trustees Of Michigan State University Multi-ligand metal complexes and methods of using same to perform oxidative catalytic pretreatment of lignocellulosic biomass
CN105689000A (zh) * 2015-12-04 2016-06-22 魏东初 一种新型四酰胺基大环配体催化剂及其制备方法
WO2016126207A1 (en) * 2015-02-03 2016-08-11 Nanyang Technological University Selective carbon-carbon bond cleavage by earth abundant vanadium compounds under visible light photocatalysis
US20190390405A1 (en) * 2017-02-13 2019-12-26 Cmblu Projekt Ag Novel Methods For Processing Lignocellulosic Material

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE779151A (fr) * 1971-02-19 1972-02-29 Banque Expansion Industr Compositions pour l'elimination des dechets d'hydrocarbures et de dechets industriels divers par degradation biologique
US5377917A (en) * 1991-06-24 1995-01-03 Rea Gesellschaft Fur Recycling Von Energie Und Abfall Mbh Processing waste materials for anaerobic digestion of the biogenic-organic constituents
US6241779B1 (en) * 1996-07-22 2001-06-05 Carnegie Mellon University Metal ligand containing bleaching compositions
US20110259592A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Halliburton Energy Services Inc. Method and composition for treating fluids before injection into subterranean zones
US20150265867A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-24 Shantha Sarangapani System and Method for Deactivation and Disposal of a Pharmaceutical Dosage Form
US20150352540A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-10 Board Of Trustees Of Michigan State University Multi-ligand metal complexes and methods of using same to perform oxidative catalytic pretreatment of lignocellulosic biomass
WO2016126207A1 (en) * 2015-02-03 2016-08-11 Nanyang Technological University Selective carbon-carbon bond cleavage by earth abundant vanadium compounds under visible light photocatalysis
CN105689000A (zh) * 2015-12-04 2016-06-22 魏东初 一种新型四酰胺基大环配体催化剂及其制备方法
US20190390405A1 (en) * 2017-02-13 2019-12-26 Cmblu Projekt Ag Novel Methods For Processing Lignocellulosic Material

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