一种绿液预处理的糠醛渣的酶水解糖化方法技术

本发明专利技术涉及一种绿液预处理的糠醛渣的酶水解糖化方法，先将糠醛渣进行预处理，然后将预处理后的糠醛渣进行酶水解糖化，其中，预处理过程包括：首先采用络合剂对绿液进行螯合处理，然后将螯合处理后的绿液和氧化剂一起加入到糠醛渣中对其进行预处理。本发明专利技术的方法水解效率高、成本低，工艺简单，环境友好，适宜工业化应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及糠醛渣水解糖化领域，具体涉及一种采用绿液预处理后的糠醛渣的酶水解糖化方法。
技术介绍
近年来，作为世界经济支柱的石油，由于其不可再生性、开采技术的局限性、分布的不均匀性等因素造成了全世界面临“石油危机”的担忧，一系列以天然气和石油为原料制备的产品也面临着原料供给紧张、价格高涨的困境。同时大量石化资源的利用，给环境造成了无可估量的影响，直接威胁着人类健康和生命的安全。为解决上述一系列的问题，人们逐渐把眼光转移到地球上的可再生资源-木质纤维原料上。以木质纤维类物质为原料通过酶水解可以将纤维素转化成葡萄糖，经发酵可转化为乙醇、丁醇、乳酸、丙酮、甘油等液体燃料和化工原料，可以替代部分石油资源，不仅可以使人类摆脱对石油资源的过分依赖，而且能够大幅减少污染和温室气体的排放。糠醛渣是糠醛工业生产过程中产生的废弃物，每吨糠醛产品排出10吨以上残渣，我国每年排放糠醛废渣约3000万吨。这些废渣除了少部分被直接回用于锅炉燃烧外，目前大多采用堆积或挖坑倾倒的方法，既浪费了资源、污染了环境，又占用了大量土地，逐渐成为该行业发展的瓶颈。糠醛渣中含有大量的纤维素和木质素，其中纤维素含量超过45%，这部分纤维素可直接或经预处理后进行纤维素酶水解，通过发酵的方式生产燃料乙醇或其他化学品。以木质纤维原料生产乙醇替代石油用作燃料的工艺研究已经比较成熟，然而由于经济效益问题，未能大规模工业生产。原因主要有两个方面:一是木质纤维原料天然的顽抗性需要较多的酶用量和较高强度的预处理过程，增加了生产成本；二是木质纤维原料中的木质素对纤维素酶的无效吸附，大大降低了酶有效组分浓度。各国的研究者开发了不同的方法试图解决上述瓶颈，对原料进行预处理提高纤维素酶的可及性，是目前研究的热点和重点。木质纤维原料的预处理方法主要有:物理法、酸处理、碱处理、氧化、生物预处理；此外，添加表面活性剂可提高酶的转化效率，降低酶的需要量。糠醛的生产是在热的稀酸条件下进行的，木素在高温、酸性条件下会发生缩合，因此糠醛渣中的木素主要是酸木素。研究报道经酸木素吸附后，纤维素酶的活性可降低90%以上，因此尽可能去除原料中的木素是有效提高纤维素酶水解效率的方法。碱法(NaOH法)预处理技术是常用来作为生物质原料预处理的方法，在制浆造纸工业上已得到广泛应用。但是采用碱法对糠醛渣进行预处理，并不能有效去除糠醛渣中的酸木素，并且在高温碱性条件下纤维素会发生较大降解。加入过氧化氢后，过氧化氢水解产生的H00—能有效的降解糠醛渣中的木素，使木素溶出，从而可提高纤维素酶的水解效率，另外碱性过氧化氢预处理的温度低于100°C，可减少纤维素的降解，因此是一种潜在的工业生产方法。预处理结束后，富含纤维素的固体组分经水洗，可直接用来进行酶水解生产葡萄糖。洗涤后的液体中含有大量的有机物(主要是低分子量的木素降解物)，以及预处理过程剩余的化学药品和低分子降解物与反应物生成的物质。由于洗涤液呈黑色，在制浆造纸工业上将这部分液体称为“黑液”，直接排放放到水体中会造成严重的环境污染。目前对黑液的利用主要是将其燃烧回收热量，具体流程为:稀黑液进行蒸发浓缩至90%以上的水分被去除，再将浓缩后的黑液喷入碱回收锅炉膛中燃烧，燃烧产生的热量可用于生产或发电。燃烧剩余的熔融物的主要组成是无机盐，加水溶解后液体呈绿色(含有少量Fe2+)，称为“绿液”。采用氢氧化钠法制浆产生的绿液主要成分为NaOH和Na2CO3,若用碱性过氧化氢预处理法进行工业生产，产生的绿液中也主要含有上述两种成分。
技术实现思路
为克服糠醛渣酶水解糖化时效率较低的缺陷，本专利技术的目的是提供一种糠醛渣的酶水解糖化方法。本专利技术提供的糠醛渣的酶水解糖化方法为:先将糠醛渣进行预处理，然后将预处理后的糠醛渣进行酶水解糖化，其中，所述预处理过程包括:首先采用络合剂对绿液进行螯合处理，然后将螯合处理后的绿液和氧化剂一起加入到糠醛渣中对其进行预处理。其中，所述螯合处理步骤中，络合剂的使用量按重量为绿液重量的0.1 5%，优选0.5 2%。其中，所述螯合处理的时间为0.1 3小时。其中，所述预处理步骤中，螯合处理后的绿液:氧化剂:糠醛渣固形物为I 10: 0.1 1.0:1 (ml: g: g)。 其中，所述预处理的时间为2 8小时，温度为60 120°C。其中，所述糠醛渣在进行预处理之前水洗至pH值为6 7。其中，所述酶水解糖化中，纤维素酶的用量为15 25FPU/g底物。优选地，所述酶水解糖化中，水解时间为50 100h，水解温度为40 60°C。本专利技术提供的技术方案具有以下优点:( I)对糠醛渣采用绿液-氧化剂耦合的预处理，可提高纤维素酶的水解效率，且在预处理过程纤维素的损失较低，化学品消耗量也较低，与采用强碱-氧化剂耦合的预处理过程相比,可节约30%以上的成本。(2)加入络合剂对绿液进行螯合处理，络合剂可以减少绿液和糠醛渣中金属离子对氧化剂的消耗，还可降低金属离子在酶解过程中对纤维素酶活性的影响，从而提高纤维素酶的水解效率。(3)预处理过程使用制浆造纸工厂等产生的绿液，对能源消耗高、污染严重的制浆造纸企业发展新型生物炼制工业体系提供了依据，减轻了绿液排放的环境压力。(4)预处理工艺简单，易于实现，和现有工业具有良好的兼容性。(5)糠醛渣酶水解回收的绿液可循环参与预处理，从而实现部分物料的重复利用，降低了生产成本，也进一步减少了废液排放带来的环境污染。附图说明图1是本专利技术所述方法的工艺流程图。具体实施方式本专利技术实施方式提供的绿液预处理的糠醛渣的酶水解糖化方法，包括以下步骤:先将糠醛渣进行预处理，然后将预处理后的糠醛渣进行酶水解糖化。其中的预处理过程包括:首先采用络合剂对绿液进行螯合处理，然后将螯合处理后的绿液和氧化剂一起加入到糠醛渣中对其进行预处理。上述预处理过程中，利用绿液中的强碱与氧化剂共同作用对糠醛渣进行预处理，绿液成本低廉，可明显降低糠醛渣水解糖化的成本，而且还减轻了绿液排放带来的环境压力。其中所使用的绿液来源广泛，如常见的造纸领域，本专利技术工艺可直接与制浆造纸生产线耦合形成规模化生产。除来自常见的工业领域外，绿液还可以来自糠醛渣水解糖化后的黑液，将其燃烧后即得，可实现物料的循环利用，以进一步降低生产成本。螯合处理步骤中，络合剂的使用量可根据绿液和糠醛渣中的金属离子含量情况来确定，一般来说，按重量为绿液重量的0.1 5%，优选0.5 2%。绿液中除含有可利用的强碱外，还含有大量金属离子，尤其是二价或三价的金属离子，会消耗大量的氧化剂，而且对纤维素酶的酶解也会产生不利影响，使糖的转化率较低，此外，糠醛渣中也含有影响酶解的金属离子，进一步制约了转化率。螯合处理步骤中，通过添加络合剂使其与绿液中的金属离子进行螯合，从而减少金属离子对氧化剂的消耗，也可以减少后续水解糖化步骤中金属离子对纤维素酶的影响，通过螯合处理步骤，可以降低酶水解糖化的成本，提高酶水解糖化的转化率。其中，络合剂可以使用任何一种能与绿液、糠醛渣中的金属离子进行螯合的络合齐U，优选的络合剂为EDTA。螯合处理步骤中，处理的时间为0.1 3小时，优选0.5 2小时。上述预处理步骤中，螯合处理后的绿液:氧化剂:糠醛渣固形物为I 10: 0.1 1.0:1 (ml: g: g);优选 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绿液预处理的糠醛渣的酶水解糖化方法，先将糠醛渣进行预处理，然后将预处理后的糠醛渣进行酶水解糖化，其特征在于，所述预处理过程包括：首先采用络合剂对绿液进行螯合处理，然后将螯合处理后的绿液和氧化剂一起加入到糠醛渣中对其进行预处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建新，于海龙，赵鹏翔，邢杨，刘志平，卜令习，朱莉伟，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：