一种玉米秸秆生产乙醇的预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种玉米秸秆生产乙醇的预处理方法。该方法为：取玉米秸秆原料，粉碎，风干，得到玉米秸秆粉末；将玉米秸秆粉末平衡水分，加入水和酸液，进行弱酸性中压蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品a和水解液；将玉米秸秆粉末平衡水分，进行中性蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品b和水解液；将预水解后的样品a和样品b，洗涤干净后，混合，得到用于后续酶解发酵的纤维素底物。本发明专利技术提供了科学的整体工艺，所得预处理样品在酶水解制备乙醇方面获得很好的应用效果，为玉米秸秆转化为生物乙醇的工程化应用提供一定的技术指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维质原料生产乙醇的
，尤其是涉及一种玉米秸杆生产乙醇 的预处理方法。
技术介绍
生物质是一种重要的可再生资源，由其生产燃料乙醇满足绿色环保、可持续发展 的要求，是最有可能取代石油的新能源，具有巨大的发展前景，也是当前研宄的热点之一。 我国生物质原料非常丰富，年产量约11. 45亿吨，其中秸杆达到7亿多吨，玉米秸杆占到了 35%，如果将它们转化成气体或液体燃料，将有力缓解人类所面临的资源危机、能源短缺以 及环境污染等一系列问题。但是，玉米秸杆等木质纤维素是由纤维素、半纤维素和木质素通 过共价键联结成网络结构，由于其本身致密的结晶结构，直接进行酶解效率很低，所以必须 进行预处理。 目前，玉米秸杆的预处理方法大致可分为物理法、化学法和生物法。物理法主要是 采用粉碎、高能辐射、蒸汽爆破等方式降低纤维素的结晶度，提高其可及度。其中粉碎和高 能辐射能耗高，对酶解率的提高幅度很小。而蒸汽爆破预处理是一种有效的预处理方法，它 主要是利用高温高压蒸汽，通过瞬间释放压力过程，实现原料的组分分离和结构变化。蒸汽 爆破预处理能有效地实现木质纤维素化学组分分离，并且不用或少用化学药品，对环境无 污染，能耗较低，是近年来发展比较快、低成本的木质纤维素高效分离技术。但是，此方法一 般需要在200~230°C下进行，压力达到2~3MPa，对操作要求高，限制了其工程化应用。 若采用稀酸预处理木质纤维素，能有效地将半纤维素水解为单糖和可溶性的低聚物，从而 改善纤维素的转化，降低蒸汽爆破处理的压力和时间。化学法主要是用酸、碱、有机溶剂等 除去半纤维素、木素，但对环境的污染严重。生物法则主要采用一些微生物（主要是白腐真 菌、褐腐真菌、软腐真菌）降解木质素。但这些微生物发酵周期长、效率低，无法工业生产。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有纤维质原料生产乙醇预处理技术的不足，提 供一种玉米秸杆生产乙醇的预处理方法。采用本专利技术方法可以有效提高酶解得率。 -种玉米秸杆生产乙醇的新型预处理方法，以玉米秸杆为原料，将玉米秸杆磨碎 后进行中性和弱酸性中压蒸汽爆破预处理，然后通过对比研宄，得出弱酸性中压蒸汽爆破 预处理与中性蒸汽爆破预处理的产物混合后，有利于后续酶解反应的进行。 本专利技术的技术方案如下： -种玉米秸杆生产乙醇的预处理方法，该方法的具体步骤为： Sl :取玉米稻杆原料，机械粉碎至3~5cm，在自然状态下风干至水分小于5%~ 10 %，得到玉米秸杆粉末，常温干燥环境条件下贮存，备用； S2.预水解：将Sl步骤所得玉米秸杆粉末平衡水分，加入水和酸液，进行弱酸性中 压蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品a和水 解液，供后续分析使用； S3.预水解：将Sl步骤所得玉米秸杆粉末平衡水分，进行中性蒸汽爆破预处理， 水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品b和水解液，供后续分析使 用； S4.对S2和S3所得到的爆破样品进行化学组分分析和形态结构分析，对预水解液 进行糖分分析； S5.分别收集S2和S3预水解后的样品a和样品b，洗涤干净后，按照绝干质量比 为1:1~3:1的比例混合，得到用于后续酶解发酵的纤维素底物。 上述方法中，所述玉米秸杆取自我国东北地区。 上述方法中，S2中，所述弱酸性中压蒸汽爆破预处理的条件为：底物浓度为0~ 20%，酸液质量分数为0~2%，爆破压力为0· 8~1.0 MPa，反应时间为0~15min。 上述方法中，S3中，所述中性蒸汽爆破预处理的条件为：底物浓度为0~20%，酸 液质量分数为〇%，爆破压力为〇. 8~1.0 MPa，反应时间为0~15min。 上述方法中，所述酸液为硫酸溶液。 上述方法中，分析仪器为Olympus BX51生物显微镜、Carl Zeiss EV018型扫描电 子显微镜、IC 5000离子色谱仪、Metso FS-300自动纤维分析仪、Micro Meritics ASAP2020 全自动比表面积孔隙分析仪以及其它常规分析仪器。 本专利技术的有益效果是： 本专利技术采用弱酸性中压蒸汽爆破技术对玉米秸杆进行预处理，硫酸用量少，预处 理效果高，更有利于降低生产成本，提高酶解效率。 本专利技术采用弱酸性中压蒸汽爆破技术对玉米秸杆进行预处理，在提高秸杆产糖率 的同时，去除对发酵过程具有抑制作用的半纤维素和少量木质素，为进一步进行燃料乙醇 等产品的清洁高效生产提供了一条有效途径。【附图说明】 图1爆破预处理对主要化学组分相对含量的影响。 图2a为原料SEM图；图2b为1#蒸汽爆破SEM图；图2c为2#酸性爆破SEM图。【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例进一步说明本专利技术。除非特别说明，本专利技术采用的试 剂和原料为本领域常规市购的试剂和原料。除非特别说明，本专利技术实施例中涉及的百分数 为质量百分数。 实施例1 原料选择：本专利技术所用玉米秸杆取自我国东北地区。 1.仪器： 植物粉碎机，精密电子天平，马弗炉，水浴锅，鼓风干燥箱，循环水真空泵，快速水 分测定仪，电热板，DR5000分光光度计，索氏抽提器。 2原料及处理： 玉米稻杆取自我国吉林长春，随机取具有代表性的原料，机械粉碎至3~5cm，在 自然状态下风干至水分小于10%。常温干燥环境条件下贮存于塑料袋中平衡水分，供后续 测定分析蔗渣化学成分和预处理时使用。 3.结果： 所述品种的玉米秸杆的化学组分分析结果列于下表1中。 从表1可以看出，该玉米秸杆也主要由纤维素、半纤维素（聚戊糖）、木素组成， 这三大部分约占原料总质量的86%，其中综纤维素（包括纤维素和半纤维素）含量为 68. 53%，这些组分理论上都可以转化为乙醇；至于木素，这一组分含量相对较高，总含量 为17. 50%，由于木素包裹在纤维素和半纤维素之间，因此需要在预处理过程中尽量使其剥 离，以充分暴露出纤维素。 热水抽出物和1% NaOH抽出物，均是在100°C下处理原料60min，因此抽出物含量 的多少在一定程度上可以反映原料的降解能力及碱法蒸煮得率。从表1可以看出，玉米秸 杆的热水抽出物含量为20. 07 %，1 % NaOH抽出物含量超过50 %，由此可见玉米秸杆原料易 处理，在酸、碱条件下容易降解。 另外，从表1还可以看出，原料还含有3. 86%的灰分、1. 73%的果胶和1. 58%的单 宁，这些物质是植物纤维原料化学成分中的少量组分。 表1玉米秸杆的化学组分【主权项】1. 一种玉米秸杆生产乙醇的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤： Sl :取玉米稻杆原料，机械粉碎至3~5cm，在自然状态下风干至水分小于5%~10%，得到 玉米秸杆粉末，常温干燥环境条件下贮存，备用；52. 预水解：将Sl步骤所得玉米秸杆粉末平衡水分，加入水和酸液，进行弱酸性中压 蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品a和水解 液，供后续分析使用；53. 预水解：将Sl步骤所得玉米秸杆粉末平衡水分，进行中性蒸汽爆破预处理，水解 反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品b和水解液，供后续分析使用；54. 对S2和S3所得到的爆破样品进行化学组分分析和形态结构分析，对预水解液进 行糖分分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玉米秸秆生产乙醇的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：取玉米秸秆原料，机械粉碎至3~5cm，在自然状态下风干至水分小于5%~10%，得到玉米秸秆粉末，常温干燥环境条件下贮存，备用；S2. 预水解：将S1步骤所得玉米秸秆粉末平衡水分，加入水和酸液，进行弱酸性中压蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品a和水解液，供后续分析使用；S3. 预水解：将S1步骤所得玉米秸秆粉末平衡水分，进行中性蒸汽爆破预处理，水解反应结束后，将爆破样品和水解液离心分离，分别收集样品b和水解液，供后续分析使用；S4. 对S2和S3所得到的爆破样品进行化学组分分析和形态结构分析，对预水解液进行糖分分析；S5. 分别收集S2和S3预水解后的样品a和样品b，洗涤干净后，按照绝干质量比为1:1~3:1的比例混合，得到用于后续酶解发酵的纤维素底物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，佘晓琼，徐峻，莫立焕，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44