本发明专利技术公开了一种利用玉米秸秆生产乙醇的两步预处理方法。该方法为：取玉米秸秆原料风干、切断、粉碎、筛分，得到玉米秸秆碎片；将玉米秸秆粉末平衡水分，加入水和稀酸进行弱酸性中压蒸汽爆破预处理，反应结束后,利用脱水机将爆破的样品和水解液分离，样品放入塑料封口袋中平衡水分，然后取具有代表性的试样，加入水和稀酸进行弱酸性蒸煮预处理，反应结束后，利用脱水机将蒸煮后的样品和液体离心分离，收集固体样品a；将反应后的样品a用于后续酶解发酵制取的底物。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纤维素乙醇方面获得很好的应用效果，为玉米秸秆转化为纤维素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】
本专利技术属于利用非木材原料生产乙醇的
，尤其是涉及一种玉米秸秆生产纤维素乙醇的两步法预处理方法。
技术介绍
能源需求的日益增长与环保观念的日益提升，促使人们急需一种能够替代化石能源的环保可再生能源。地球上储量丰富、可再生循环的生物质资源成为人们关注的焦点。我国生物质资源量巨大，年均约有7亿t标准煤的生物质能可作为能源利用，其中纤维素类生物质年产量约6亿t，玉米秸秆年产量达到2.2亿t。玉米秸秆中含有大量的纤维素，这些纤维素经纤维素酶催化后可水解为还原糖，再经过酵母菌的发酵即可转化为燃料乙醇，然而由于纤维素是葡萄糖单元以β-O-4糖苷键连接的高分子化合物，有着紧密的结晶结构，同时由于纤维素被共价结合的木质素和半纤维素包覆而存在大量的结晶区，因此有必要对木质纤维素进行有效的预处理，破坏木质素的包裹，改变纤维素的结晶结构，以增大酶与纤维素的接触面积，提高木质纤维的利用率。目前，玉米秸秆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；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(主要是白腐菌、褐腐菌)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。当前研究多集中在单步法预处理，而对两步法预处理过程中纤维原料的结构变化的研究相对少，本专利以我国丰富的农业废弃物玉米秸秆为原料，研究了“爆破+蒸煮预处理”两步法预处理对玉米秸秆的化学组成和纤维特性的影响，为玉米秸秆等木质纤维原料转化为生物乙醇提供一定的科学基础和理论依据。
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纤维素乙醇预处理技术的不足，提供一种玉米秸秆生产纤维素乙醇的预处理方法。采用本专利技术方法可
以有效提高酶的可及度，提高解得效率。一种玉米秸秆生产纤维素乙醇的新型预处理方法，以玉米秸秆为原料，将玉米秸秆磨碎后进行弱酸性中压蒸汽爆破+弱酸性蒸煮预处理两步预处理方法，然后通过对比研究，得出弱酸性中压蒸汽爆破+弱酸性蒸煮预处理两步法预处理的产物更有利于后续酶解反应的进行。本专利技术的专利技术目的至少通过如下技术方案之一实现。一种玉米秸秆生产乙醇的两步预处理方法，该方法的具体步骤为：S1：取玉米秸秆原料，机械切断粉碎至2～4cm，筛除泥沙等杂志，在自然状态下风干至水分为5％～10％，得到玉米秸秆碎片，常温干燥环境条件下贮存，备用；S2.预处理：将S1步骤所得玉米秸秆碎片平衡水分，加入水和稀酸进行弱酸性中压蒸汽爆破预处理，反应结束后,利用脱水机将爆破的样品和水解液分离，样品放入封口塑料袋中平衡水分，然后取具有代表性的试样，加入水和稀酸进行稀酸蒸煮预处理，反应结束后，利用脱水机将蒸煮后的样品和液体离心分离，收集固体样品a，供后续分析使用；S3.对S2所得到的预处理样品进行化学成分分析和形态结构分析；S4.取S2预处理后的样品a，洗涤干净后，得到用于后续酶解制取纤维素乙醇的底物。上述方法中，所述玉米秸秆取自我国东北地区。上述方法中，所述爆破中的酸液为硫酸溶液，蒸煮中的酸液为硫酸溶液。上述方法中，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0.8～1.0MPa，反应时间为0～15min；所述稀酸蒸煮预处理的条件为：底物浓度为0～20％，酸液质量分数为0～6％，蒸煮压力0.55-0.60MPa，升温时间为40-60min，保温时间为40-60min。上述方法中，分析仪器为实验室爆破实验装置，KRK蒸煮锅，Olympus BX51生物显微镜、Carl Zeiss EVO18型扫描电子显微镜、IC 5000离子色谱仪、MetsoFS-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+弱酸性蒸煮预处理两步预处理技术对玉米秸秆进行预处理，硫酸用量少，预处理效果最好，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+弱酸性蒸煮技术对玉米秸秆进行预处理，在提高玉米秸秆产糖率的同时，去除了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为样品a预处理SEM图；图2为样品b预处理SEM图；图3为玉米秸秆原料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秆取自我国东北地区。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：玉米秸秆取自我国吉林长春，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10％左右。常温干燥环境条件下贮存于塑料袋中平衡水分，供后续测定分析玉米秸秆化学成分和预处理时使用。3.结果：所述品种的玉米秸秆的化学组分分析结果列于下表1中。表1玉米秸秆的化学组分从表1可以看出，该玉米秸秆也主要由纤维素、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％，由于木素和纤维素、半纤维素紧密相连形成复合物，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。玉米秸秆的热水抽出物含量为20.07％，1％NaOH抽出物含量超过50％，由此可见玉米秸秆原料易处理，在热水和碱性条件下会有部分物质发生降解，溶解在溶液中。另外，从表1还可以看出，原料还含有3.86％的灰分，这是植物纤维原料化学成分中的少量组分。实施例2玉米秸秆的弱酸性中压蒸汽爆破+弱酸性蒸煮预处理1.仪器：KRK蒸煮锅；蒸汽爆破装置；Olympus BX51生物显微镜；Carl Zeiss EVO18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；MicroMeritics ASAP2020全自动比表面积孔隙分析仪。2.原料预处理：将实施例1所得玉米秸秆粉末平衡水分，加入水和稀酸，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，收集样品，(参数详见表2)；平衡水分后，放入KRK蒸煮锅加入水和稀酸进行稀酸蒸煮预处理，反应结束后，将蒸煮样品和液体离心分离，分别收集样品供后续分析使用(具体参数见表3)；底物放入封口塑料袋中平衡水分后，供分析得率使用。然后取具有代表性的底物试样，自然风干后，供化学组分分析和纤维形态分析。表2酸性爆破预处理工艺条件注：绝对量为组分在预处理样中的实际含量；相对量＝绝对量×水解得率从表4的数据可以看出，“酸性爆破+酸性蒸煮”得率较低，只有39.9％，主要是因为玉米秸秆中的很多半纤维素和木素都在酸性条件下发生了降解。从各组分的相对量来看，两步法预处理后样品的聚戊糖含量降到1.14％，比原料减少了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种玉米秸秆生产纤维素乙醇的两步法预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：取玉米秸秆原料，机械切断粉碎至2~4cm，筛除泥沙，在自然状态下风干至水分为8%‑10%，得到玉米秸秆碎片，常温干燥环境条件下贮存，备用；S2. 预处理：将S1步骤所得玉米秸秆碎片平衡水分，加入水和稀酸进行弱酸性中压蒸汽爆破预处理，反应结束后，利用脱水机将爆破的样品和水解液分离，爆破后的样品放入封口塑料袋中平衡水分，然后取试样，加入水和稀酸进行弱酸性蒸煮预处理，反应结束后，利用脱水机将蒸煮后的样品和液体离心分离，收集固体样品a，供后续分析使用；S3. 对S2预处理后的样品a，进行化学成分分析和形态结构分析；S4. 取S2预处理后的样品a，洗涤干净后，得到用于后续酶解制取乙醇的底物。
【技术特征摘要】
1.一种玉米秸秆生产纤维素乙醇的两步法预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：取玉米秸秆原料，机械切断粉碎至2~4cm，筛除泥沙，在自然状态下风干至水分为8%-10%，得到玉米秸秆碎片，常温干燥环境条件下贮存，备用；S2. 预处理：将S1步骤所得玉米秸秆碎片平衡水分，加入水和稀酸进行弱酸性中压蒸汽爆破预处理，反应结束后，利用脱水机将爆破的样品和水解液分离，爆破后的样品放入封口塑料袋中平衡水分，然后取试样，加入水和稀酸进行弱酸性蒸煮预处理，反应结束后，利用脱水机将蒸煮后的样品和液体离心分离，收集固体样品a，供后续分析使用；S3. 对S2预处理后的样品a，进行化学成分分析和形态结构分析；S4. 取S2预处理后的样品a，洗涤干净后，得到用于后续酶解制取乙醇的底物。2.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐峻，刘鹏，李军，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
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