一种农林生物质预处理方法技术

本发明专利技术公开了一种农林生物质预处理方法，属于环保和生物质开发利用领域。本发明专利技术将粉碎后的木质纤维素与高沸醇按一定比例混合均匀并浸润，然后将浸润好的混合物送料至螺旋挤压机并挤出，以此达到预处理的目的。本发明专利技术将双螺杆挤压与高沸醇预处理有机的结合在一起，优势互补，可以达到以下特点：(1)操作简单，预处理时间短，连续性强；(2)甘油用量少，葡萄糖产率高；(3)能耗低、经济可行性高，易于实现工业化利用。化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种农林生物质预处理方法


[0001]本专利技术属于环保和生物质开发利用领域，涉及一种农林生物质预处理方法，具体涉及一种高沸醇辅助的农林生物质原料双螺杆挤压预处理强化其可糖化性和可发酵性的方法。

技术介绍

[0002]木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，是地球上最丰富的可再生生物质资源之一。由它构成的原料中含有大量的碳水化合物，这些碳水化合物具有生产生物质糖糖浆的巨大潜力，从而为通过生化或化学途径生产燃料和化学品建立一个平台。糖化酶解是生产单糖、建立平台的关键一步。然而，富含木质纤维素生物质的植物主要由细胞壁组成，这些细胞壁在其自然状态下是高度抵抗酶解的。此外，生物质中的木质素对水解酶具有很强的不可逆抑制性。基于以上原因，糖化酶解前对木质纤维素原料进行预处理是工业化发展的必然手段。
[0003]目前提高生物质酶解糖化率的方法主要有物理法、化学法、物理化学法以及生物法。近年来，对木质纤维素生物质挤出预处理的研究表明该方法对生物质的酶促糖化效果具有显著的改善。与批式预处理系统相比，挤出是一种连续的预处理工艺，具有更高的处理能力且安全环保。然而，在木质纤维素材料的挤压过程中也存在着一些不足，比如因摩擦阻力过大而导致的材料流动特性差、高温水相下设备的强耐压性、添加酸碱催化剂容易腐蚀设备等。
[0004]甘油是一种具有纤维素亲和力的高沸点醇。对纤维素进行常压甘油蒸煮预处理时，因甘油的润滑性能强、导热快、组分选择性好等特点可以很好地强化木质纤维素的可糖化性和可发酵性，经它预处理的原料发酵抑制物含量少、可酶解性强。但甘油添加量多、加热蒸煮能耗高是它的缺点。

技术实现思路

[0005][技术问题][0006]本专利技术要解决的技术问题是对木质纤维素生物质进行挤出预处理时摩擦阻力大，采用常压甘油蒸煮时甘油消耗量大、难回收。
[0007][技术方案][0008]本专利技术提供一种农林生物质预处理方法，包括以下步骤：
[0009](1)木质纤维素原料的准备：将木质纤维素原料粉碎，木质纤维素原料包括甘蔗渣、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等中的任意一种或几种的混合，粉碎后用真空袋打包保存；
[0010](2)将高沸醇与物料混合浸润：将粉碎后的木质纤维素与高沸醇按一定比例混合均匀并浸润0.25
‑
24h，高沸醇包括：甘油、乙二醇等；
[0011](3)将浸润好的混合物送料至螺旋挤压机并挤出，以此达到预处理的目的；所述螺
旋挤压机是双螺杆挤压(出)机。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中木质纤维素粉碎后的粒径为0.25
‑
10mm，更优选的粒径是0.5
‑
5mm。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中木质纤维素原料的含水率为3
‑
15％。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中高沸醇与物料混合浸润时不外加催化剂或添加催化剂。所述催化剂可以是酸、碱、金属盐类催化剂，例如：盐酸、氢氧化钠、氯化锌、溴化锂等。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中粉碎后的木质纤维素与高沸醇混合时，两者质量比为1:1
‑
1:5。
[0016]进一步地，所述步骤(3)中预处理挤出转速为30
‑
90rpm。
[0017]进一步地，所述步骤(3)中预处理挤出温度为160
‑
250℃，更优选的是220
‑
240℃。
[0018]进一步地，所述步骤(3)中预处理挤出次数为1
‑
5。
[0019][有益效果][0020]本专利技术采用双螺杆，并控制挤出转速在一定范围内，以获得比较好的预处理效果。同时，结合160
‑
250℃的高挤出温度，能够充分发挥甘油的作用。另外，本专利技术在预处理过程中，还通过添加催化剂(碱、酸、金属盐)来提高预处理效果。
[0021]本专利技术对预处理前后木质纤维素原料进行组分分析、扫描电镜分析、结晶度分析和傅里叶红外光谱分析，测定预处理后纤维素、半纤维素保留率及木质素脱除率，测定糖化发酵后葡萄糖产量及酶解率，结果表明高沸醇辅助农林生物质原料的双螺杆挤压预处理对木质纤维素可糖化性和可发酵性有强化效果。
[0022]与传统蒸煮工艺(常压甘油蒸煮预处理)相比，本专利技术取得更高的糖化酶解效果时甘油的用量显著减少，在使用少量甘油添加剂的同时，拥有较高的纤维素、半纤维素保留率及木质素脱除率。
[0023]本专利技术将双螺杆挤压与高沸醇预处理有机的结合在一起，优势互补，可以达到以下特点：(1)操作简单，预处理时间短，连续性强；(2)甘油用量少，葡萄糖产率高；(3)能耗低、经济可行性高，易于实现工业化利用。
具体实施方式
[0024]含水率的测定方法：
[0025]木质纤维素原料的含水率通过水分测定仪(MB25奥豪斯仪器(常州)有限公司，中国)测定。
[0026]对照例
[0027](1)称量10g重的备用甘蔗渣木质纤维素原料于500mL三口烧瓶中(加入0.2％(w/w)NaOH作为催化剂)，按照质量比1:10添加甘油(此比例为蒸煮优化工艺)。
[0028](2)待混合均匀后将烧瓶固定于加热器上方，安装搅拌桨。在加热温度240℃、转速180rpm的条件下蒸煮20min。
[0029](3)预处理结束后，待预处理原料自然降温至100℃以下后，用大约650mL的热水(100℃)抽滤洗涤预处理原料。
[0030](4)将洗涤干净的基质于60℃烘箱烘干，接着在低酶量(＜15FPU/g干基)、高基质浓度(＞15％)的条件下进行酶解实验，最后用高效液相色谱法测定水解液中葡萄糖的含量
为100
‑
150g/L。
[0031]实施例1甘蔗渣的预处理方法(一)
[0032](1)甘蔗渣原料准备：将甘蔗渣粉碎至0.5
‑
5mm后，真空打包置于样品室(室温、通风)保存。
[0033](2)将真空保藏的甘蔗渣粉末与甘油按照质量比1:1
‑
1:3的比例进行混合，混合均匀后于室温密封浸润0.5
‑
12h。
[0034](3)将浸润好的原料在双螺杆挤出机上进行预处理，挤出转速50
‑
90rpm、挤出温度220
‑
240℃、挤出次数1
‑
3。
[0035](4)预处理结束后，待预处理原料自然降温至100℃以下后，按每1g干基100mL的热水(100℃)抽滤洗涤预处理原料。
[0036](5)将洗涤干净的基质于60℃烘箱烘干，接着在低酶量(＜15FPU/g干基)、高基质浓度(＞15％)的条件下进行酶解实验，最后用高效液相色谱法测定水解液中葡萄糖的含量为80
‑
130g/L。
[0037]实施例2玉米秸秆的预处理方法
[0038](1)玉米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农林生物质预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)木质纤维素原料的准备：将木质纤维素原料粉碎，用真空袋打包保存；所述木质纤维素原料是甘蔗渣、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆等中的一种或几种的混合物；步骤(2)高沸醇与物料混合浸润：将粉碎后的木质纤维素与高沸醇混合均匀并浸润0.25
‑
24h；所述高沸醇包括：甘油、乙二醇等；步骤(3)将浸润好的混合物送料至螺旋挤压机并挤出。2.根据权利要求1所述的一种农林生物质预处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中木质纤维素粉碎后的粒径为0.25
‑
10mm。3.根据权利要求1或2所述的一种农林生物质预处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中木质纤维素原料的含水率为3
‑
15％。4.根据权利要求1所述的一种农林生物质预处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中高沸醇与物料混合浸润时不外加催化剂或添加催化剂。5.根据权利要求4所述的一种农林生物质预处理方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙付保，刘强强，孙驰贺，窦少华，胡芸，张洪涛，詹晓北，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：