本发明涉及生物质能源与资源技术领域，具体而言，通过化学法和生物法多级水解体系，降解城市废弃生物质制备糖化液的技术。
背景技术：
随着经济、社会的快速发展，城市废弃物污染越来越严重，如何有效解决城市废弃物问题俨然已迫在眉睫。目前，城市废物处理方法主要有填埋、堆肥和焚烧等，这些处理方法并没有针对废弃物组分特点进行多级利用，有效解决废弃物处置难题，在浪费了宝贵资源的同时，还引发了废气排放污染、水污染等二次污染。
近年来，研究者一直致力于秸秆、农林废弃物等生物质资源的再利用，主要是通过化学、物理、生物等方法水解糖化，进而发酵糖液获得生物乙醇、丁醇等可再生能源。城市废弃物中的食品残余物、废纸、园林废弃物等有机物质，含有大量的纤维素、半纤维素及淀粉等多聚糖类物质，均属于生物质范畴，这些碳水化合物聚合物可通过多种化学、物理和生物等方法进行处理，水解释放己糖和戊糖，制备成糖化液，然后再由微生物转化生产下游产品。
目前，现有专利技术中，城市废弃物的水解再利用多是针对其中某些成分，形成了较为成熟的技术，如美国专利4,018,620（penque）涉及一种水解废弃新闻报纸（报纸），通过在酸的存在下使用55％的氯化钙，将纤维素水解成单糖的方法；专利cn103898165a涉及一种淀粉基生物质同步糖化发酵生产乙醇的方法，主要针对餐厨废弃物；一种城市园林绿色废弃物生物处理成套系统及方法（专利cn102826881a），则主要涉及园林废弃物。由城市废弃生物质成分复杂，结构多变，针对单一城市废弃物组分的专利技术不能有效解决其整体再利用问题。
因此，虽然本领域木质纤维素类、淀粉类等水解糖化再利用的方法已有相对成熟的方法，但是具有应用范围较小、单一技术副产物较多等局限性，不能实现城市废弃生物质资源大规模再利用。
技术实现要素：
本发明的目的是：提供一种城市废弃生物质资源多级水解糖化方法，在减小不利副产物产生、降低再利用成本的同时，最大限度拓宽工艺底物范围，开发城市废弃物多种组分同步多级水解体系，制备高附加值糖化液，实现废弃生物质资源的综合有效再利用。
本发明的技术解决方案是该城市废弃生物质资源多级水解糖化方法包括如下步骤：
（1）原料收集与分选：按照废弃物来源，将其分为三大类：园林绿化废弃物、餐厨废弃物、废弃纸张，收集来的废弃物分类别筛选，去除无机物杂质；
（2）废弃物预处理：将步骤（1）分选出来的各类废弃物分别进行预处理：园林绿化废弃物烘干之后，粉碎机粉碎至完全过筛；餐厨废弃物进行油水分离，去除上层油脂，获得富含淀粉、纤维素类半固体物质；废弃纸张粉碎后，加水搅拌制成浆液；
（3）化学法水解制备糖化液：将步骤2所得园林废弃物粉末进行碱处理，离心收集沉淀（a）和废液（b）；沉淀（a）与步骤2所得纸浆混合，加入稀酸进行中温水解，离心收集沉淀（c）和糖化液（d）；
（4）碱处理废液(b)加入餐厨混合物中，匀速搅拌，使废液中的碱与餐厨混合物中的残余油脂充分反应，然后离心收集沉淀（e）和废液（f）；
（5）酶水解制备糖化液：步骤3的沉淀（c）中加入饱和纤维素复合酶中温水解，完成后离心收集沉淀（g）和糖化液（h）；
（6）步骤（4）的沉淀（e）中加入饱和配伍复合酶中温水解，完成后离心收集沉淀（i）和糖化液（j）；
（7）糖化液浓缩及纯化：将步骤3、5、6所得糖化液（d）、（h）、（j）混合，利用（d）中的剩余少量酸絮凝沉淀一部分酶，过滤去除沉淀，然后膜分离对糖化液进行提纯，去除酶、颗粒等杂质，得到纯化的糖化液。
其中，步骤（2）所述的筛子规格为100目，采取重复粉碎方式，至粉末全部通过筛网；纸张经粉碎后按照质量比1:3~1:5加水制浆。
其中，步骤（3）中所述碱处理的碱溶液选naoh、koh，碱溶液质量比0.5%，处理条件为：固液质量体积比1:5，超声频率20khz，微波频率1000mhz，反应温度50℃，反应时间2h，离心沉淀条件为3000g，5min。
其中，步骤（3）中所述酸水解的酸溶液选hcl（37%）、h2so4（98%）、hno3（69%），水解体系中酸溶液的最终浓度为hno3、hcl：4.0%，h2so4:2.0%，处理条件为：固液体积比1:5，超声频率20khz，微波频率1000mhz，反应温度50℃，反应时间2h，离心沉淀条件为4000g，5min。
其中，步骤（4）中所述的餐厨混合物除油脂利用的是碱处理废液，并添加na2co3提高除油脂效率，固液体积比1:5，离心沉淀条件为3000g，5min。
其中，步骤（5）纤维素复合酶采用市售商品复合酶制剂，包含纤维素外切酶、纤维素内切酶、纤维二糖酶、木聚糖酶，其水解条件为：醋酸缓冲液（0.2mol/l，ph5.0），每克底物纤维素酶复合酶用量15~30fpu·g-1，底物浓度50g/l，50.0℃，150.0r/min恒温震荡72h，水解完成后3000g离心5.0min。
其中，步骤（6）配伍复合酶包含液化酶、糖化酶、纤维素酶，其水解条件为：醋酸缓冲液（0.2mol/l，ph5.0），每克底物酶用量分别为液化酶5~15u·g-1、糖化酶100~200u·g-1、纤维素酶5~10fpu·g-1；底物浓度50g/l，加入cacl2（最终浓度0.05mol/l），60.0℃，150.0r/min恒温震荡72h，水解完成后3000g离心5.0min。
其中，步骤（7）中所述的膜分离采用超滤膜（uf），孔径在0.01～0.02μm。
本发明的有益效果是：
1、以城市废弃生物质为原料来源，将不同形式的糖类高聚物有效水解，制备糖化液，为生物化工等行业提供原料，变废为宝，具有广阔的应用前景，是城市废弃物资源的高效、高附加值的再利用方法；
2、本发明针对城市废弃生物质来源广泛、组分复杂的特点，对不同来源的物料采取不同的水解方法，并进行柔性整合，构建了多种原料、多层次、一体化水解糖化工艺体系，实现了城市废弃复杂生物质资源的同步利用；
3、本发明通过优化工艺路线，将体系内产生的酸、碱废液进行再利用，最大限度降低二次污染，同时减少了化学试剂、酶用量，降低了生产成本，使得本技术工艺具有更强的可行性；
4、以城市废弃生物质为原料，实现复杂组分同步水解，制备包含葡萄糖、木糖在内的多种单糖的溶液，为生产生物化工下游产品提供可靠原料。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，以下所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
实施例1：依以下步骤对城市废弃生物质资源进行多级水解糖化
（1）分类收集树叶和树枝、餐饮垃圾、废弃a4纸各100g，去除金属、玻璃杂质；树叶和树枝80℃烘干24h，粉碎机粉碎过100目筛；餐厨废弃物重力沉降初步去除油脂，获得混合物；a4纸粉碎成棉絮状，加水300ml搅拌制成纸浆液；
表1原料组分分析（ⅰ）
（2）园林废弃物粉末中加入500ml0.5%naoh，置于xo-sm100型超声微波反应系统处理2h，仪器超声频率20khz，微波频率1000mhz，反应温度50℃，处理完成后3000g离心5min，收集沉淀和废液；然后将沉淀与纸浆混合，加入1000ml2.0%h2so4，酸水解反应仪器、温度条件同碱处理，水解结束后4000g离心5min，收集沉淀和水解糖化液；
（3）将碱处理废液、5gna2co3粉末加入到餐厨混合物中，匀速搅拌30min进一步去除残余油脂，然后3000g离心5min，收集沉淀；
（4）酸水解残渣用0.20mol/l、ph5.0的醋酸缓冲液洗涤1次，加入缓冲液1.8l配制成底物溶液，2000fpu纤维素酶复合酶（市售）溶于200ml缓冲液，然后加入到底物溶液中，50.0℃，150.0r/min恒温震荡水解72h，完成后3000g离心5.0min，收集糖化液；
（5）配置复合酶溶液：500u液化酶、7000u糖化酶、500fpu纤维素酶，加入到100ml醋酸缓冲液（0.20mol/l，ph5.0）；去油脂后的餐厨沉淀加入900ml缓冲液，然后加入酶制剂，再加入5.55gcacl2，60.0℃，150.0r/min恒温震荡72h，水解完成后3000g离心5.0min，收集糖化液；
（6）将上述步骤所得糖化液混合搅拌30min，使得部分酶蛋白絮凝沉淀，过滤后进入孔径0.01μm超滤膜分离设备，得到纯化的糖化液，dns测定其还原糖终浓度为60.8g/l。
表2还原糖产量（ⅰ）
实施例2：依以下步骤对城市废弃生物质资源进行多级水解糖化
（1）分类收集草坪和绿化带修剪废弃物、餐饮垃圾、废弃报纸各100g，去除金属、玻璃杂质；草坪和绿化带修剪废弃物80℃烘干24h，粉碎机粉碎过100目筛；餐厨废弃物重力沉降初步去除油脂，获得混合物；废弃报剪切、纸粉碎成棉絮状，加水400ml搅拌制成纸浆液；
表3原料组分分析（ⅱ）
（2）草坪和绿化带修剪废弃物粉末中加入500ml0.5%koh，置于xo-sm100型超声微波反应系统处理2h，仪器超声频率20khz，微波频率1000mhz，反应温度50℃，处理完成后3000g离心5min，收集沉淀和废液；然后将沉淀与纸浆混合，加入1000ml4.0%hcl，酸水解反应仪器、温度条件同碱处理，水解结束后4000g离心5min，收集沉淀和水解糖化液；
（3）将碱处理废液、5gna2co3粉末加入到餐厨混合物中，匀速搅拌30min进一步去除残余油脂，然后3000g离心5min，收集沉淀；
（4）酸水解残渣用0.20mol/l、ph5.0的醋酸缓冲液洗涤1次，加入缓冲液1.8l配制成底物溶液，1500fpu纤维素酶复合酶（市售）溶于200ml缓冲液，然后加入到底物溶液中，50.0℃，150.0r/min恒温震荡水解72h，完成后3000g离心5.0min，收集糖化液；
（5）配置复合酶溶液：250u液化酶、5000u糖化酶、250fpu纤维素酶，加入到100ml醋酸缓冲液（0.20mol/l，ph5.0）；去油脂后的餐厨沉淀加入900ml缓冲液，然后加入酶制剂，再加入5.55gcacl2，60.0℃，150.0r/min恒温震荡72h，水解完成后3000g离心5.0min，收集糖化液；
（6）将上述步骤所得糖化液混合搅拌30min，使得部分酶蛋白絮凝沉淀，过滤后进入孔径0.01μm超滤膜分离设备，得到纯化的糖化液，dns测定其还原糖终浓度为51.6g/l。
表4还原糖产量（ⅱ）
实施例3：依以下步骤对城市废弃生物质资源进行多级水解糖化
（1）分类收集绿化废弃树干、树叶和锯末，餐饮垃圾，废弃包装纸箱各500g，去除金属、玻璃杂质；树叶和树枝80℃烘干24h，粉碎机粉碎过100目筛；餐厨废弃物重力沉降初步去除油脂，获得混合物；废弃包装纸箱碎成棉絮状，加水500ml搅拌制成纸浆液；
表5原料组分分析（ⅲ）
（2）园林绿化废弃物粉末中加入2500ml0.5%naoh，置于xo-sm100型超声微波反应系统处理2h，仪器超声频率20khz，微波频率1000mhz，反应温度50℃，处理完成后3000g离心5min，收集沉淀和废液；然后将沉淀与纸浆混合，加入2500ml4.0%hno3，酸水解反应仪器、温度条件同碱处理，水解结束后4000g离心5min，收集沉淀和水解糖化液；
（3）将碱处理废液、25gna2co3粉末加入到餐厨混合物中，匀速搅拌30min进一步去除残余油脂，然后3000g离心5min，收集沉淀；
（4）酸水解残渣用0.20mol/l、ph5.0的醋酸缓冲液洗涤1次，加入缓冲液9.0l配制成底物溶液；15000fpu纤维素酶复合酶（市售）溶于1.0l缓冲液，然后加入到底物溶液中，50.0℃，150.0r/min恒温震荡水解72h，完成后3000g离心5.0min，收集糖化液；
（5）配置复合酶溶液：3700u液化酶、50000u糖化酶、2500fpu纤维素酶，加入到500ml醋酸缓冲液（0.20mol/l，ph5.0）；去油脂后的餐厨沉淀加入4.5l缓冲液，然后加入酶制剂，再加入27.5gcacl2，60.0℃，150.0r/min恒温震荡72h，水解完成后3000g离心5.0min，收集糖化液；
（6）将上述步骤所得糖化液混合搅拌30min，使得部分酶蛋白絮凝沉淀，过滤后进入孔径0.01μm超滤膜分离设备，得到纯化的糖化液，dns测定其还原糖终浓度为55.3g/l。
表6还原糖产量（ⅲ）