专利名称：一种木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法
技术领域：
本发明涉及木材废弃纤的处理技术领域，具体涉及一种木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法。
背景技术：
能源危机、环境污染和生态破坏严重制约着人类社会的可持续发展。木质纤维是一种可再生且储量大的资源，被认为是石化资源的理想替代品。近年来，木质纤维的生物炼制，特别是利用木质纤维制备燃料乙醇，是国内 外的研究热点。木质纤维制备乙醇的关键一步是木质纤维的预处理，其影响着后续的一系列工序。木质纤维的预处理方法有很多种，例如烧碱法、稀酸法、热水/蒸汽爆破法、氨气法和有机溶剂法等预处理技术。以FeCl3溶液予页处理方法(Li Liu , Junshe Sun , Min Li , et al. Enhanced enzymatic hydrolysisand structural features of corn stover by FeCl3 pretreatment[J]. Bioresourcetechnology, 100(2009) :5853-5858.)有如下优点可以降解半纤维素，并打断木素-碳水化合物复合体中木素和聚糖之间的联接，提高纤维素后续酶解过程中对纤维素酶可及性；FeCl3溶液可回收重复利用，减少木质纤维制备乙醇预处理环节的成本且对环境友好。但单一的氯化铁处理需要加大药液体积用量才能保证反应的均匀性，反应过程中副产物容易发生再沉积，且不易于洗涤，容易导致铁元素及副产物残留在预处理废纤维上，抑制纤维后续的酶水解。因此，预处理过程中表面活性剂的加入有利于解除上述的抑制作用。制浆造纸工业产生大量的废纤维，厂家往往对这些废纤维进行填埋或焚烧处理，废纤维不仅无法得到充分有效的回收利用，而且严重破坏生态和污染环境。因此，本发明对木材机械制浆产生的废纤维进行预处理，提高后续酶水解转化为葡萄糖。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，该方法以木材废弃纤维为原料，加入金属氯化物溶液和表面活性剂以进行预处理处理液，然后对预处理原料进行纤维素酶水解糖化，获得可发酵还原糖，该糖可用于发酵生产生物燃料，具体技术方案如下。一种木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，该方法以木材废弃纤维为原料，加入由金属氯化物溶液和表面活性剂混合成的处理液进行预处理，然后对预处理原料进行纤维素酶水解糖化。进一步的，木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法中，将木材废弃纤维置于高压反应釜中，加入金属氯化物和表面活性剂，并加水搅拌混合均匀后开始升温进行预处理，在温度达到100-200°C后保温0-240 min,预处理结束后放出蒸汽、卸料和冷却，进行固液分离，用水将预处理原料洗涤至中性用于生物酶水解
优选的，所述木材废弃纤维原料中的木材为针叶木或阔叶木。优选的，所述木材废弃纤维为机械法制浆产生的，所述机械法制浆包括热磨机械浆(TMP )、化学热磨机械浆(CTMP )或碱性过氧化氢机械浆(APMP )。优选的，所述金属氯化物及表面活性剂的质量比为2. 4:1 4.8:1，处理液体积和原料质量的比例为6:1 10:1 (mL/ g)，预处理的温度140 - 200°C，预处理的保温时间为O - 240 min。优选的，所述处理液体积和原料质量的比例为8:1 (mL/ g);所述预处理温度为180 °C，保温时间为30min。优选的，所述金属氯化物为氯化铁或氯化锌；所述表面活性剂为吐温20或吐温80。优选的，所述纤维素酶水解糖化采用纤维素酶和β -葡萄糖苷酶的复合酶。优选的,纤维素酶活力用滤纸酶活FPU表示，β -葡萄糖苷酶活力用CBU表示,所述纤维素酶用量为5-20 FPU/g木材废弃纤维，β-葡萄糖苷酶活力为5.6-25 CBU/g木材废弃纤维。预处理原料的纤维素酶水解率计算
称取一定质量的预处理纤维置于100 mL的三角瓶中，加入乙酸-乙酸钠缓冲液(pH=
4.8),在温度为50 °C、转速为150 rpm的恒温振荡器中混合15 min使纤维润湿并分散。加入5-20 FPU的纤维素酶和5. 6-25 CBU的β -葡萄糖苷酶并补加水使得最后纤维浓度达到2%，《八，缓冲溶液浓度为0.05 mol/L，再置于恒温振荡器中持续进行水解。在水解反应开始72 h后，移取O. 3 mL的水解液，分析底物水解程度。水解液首先用沸水浴处理I min使纤维素酶失去活力，然后离心，取上清液分析其中的葡萄糖浓度，从而可以计算预处理原料的水解率。计算预处理原料水解率，公式如下
权利要求
1.一种木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于以木材废弃纤维为原料，加入由金属氯化物溶液和表面活性剂混合成的处理液进行预处理，然后对预处理原料进行纤维素酶水解糖化。
2.一种木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于将木材废弃纤维置于高压反应釜中，加入金属氯化物和表面活性剂，并加水搅拌混合均匀后开始升温进行预处理，在温度达到100-200°C后保温0-240 min，预处理结束后放出蒸汽、卸料和冷却，进行固液分离，用水将预处理原料洗涤至中性用于生物酶水解。
3.根据权利要求I或2所述的木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于所述木材废弃纤维原料中的木材为针叶木或阔叶木。
4.根据权利要求I或2所述的木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于所述木材废弃纤维为机械法制浆产生的，所述机械法制浆包括热磨机械浆、化学热磨机械浆或碱性过氧化氢机械浆。
5.根据权利要求I或2所述的木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于所述金属氯化物及表面活性剂的质量比为2. 4:1 4.8:1，处理液体积和原料质量的比例为6:1 10:1 (mL/ g)，预处理的温度140 - 200°C，预处理的保温时间为O - 240 min。
6.根据权利要求5所述的木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于处理液体积和原料质量的比例为8:1 (mL/ g);所述预处理温度为180 °C，保温时间为30min。
7.根据权利要求I或2所述的木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于所述金属氯化物为氯化铁或氯化锌；所述表面活性剂为吐温20或吐温80。
8.根据权利要求I或2所述的木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于所述纤维素酶水解糖化采用纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的复合酶。
9.根据权利要求8所述的木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法，其特征在于纤维素酶活力用滤纸酶活FPU表示，β_葡萄糖苷酶活力用CBU表示，所述纤维素酶用量为5-20FPU/g木材废弃纤维，β -葡萄糖苷酶活力为5. 6-25 CBU/g木材废弃纤维。
全文摘要
本发明涉及一种木材废弃纤维高效酶水解的预处理方法。本发明用金属氯化物溶液和表面活性剂混合溶液预处理木材废弃纤维，并对预处理原料进行纤维素酶水解糖化，水解获得的还原糖可用于发酵生产生物燃料。酶水解液中葡萄糖采用葡萄糖氧化酶-过氧化物酶法测定，原料中的总葡聚糖采用酸法水解测定，从而计算原料中葡萄糖的水解率。在预处理条件为金属氯化物与表面活性剂质量比为2.4-4.8(w/w)，温度为160℃～200℃，保温时间为0-240min，液固比为8∶1时，木材废弃纤维预处理后，用纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的复合酶进行水解产生葡萄糖，最后的水解率达到60～91%。
文档编号C12P19/14GK102703545SQ20121017850
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者付时雨, 刘浩, 陈理恒 申请人:华南理工大学