专利名称：一种非粮食类生物质的预处理方法
技术领域：
本发明涉及一种非粮食类生物质的预处理方法。背景技术：
目前面临的技术瓶颈是缺少一种低耗能、无污染和高效的预处理方法，第二代燃料乙醇利用秸秆、木材和杂草等非粮食类的生物质生产燃料乙醇。生物质中的木质素、纤维素和半纤维素以共结晶结构存在，纤维素酶很难直接和纤维素结合，因此采用酸法、碱法及汽爆法等进行预处理，这些预处理技术会产生抑制乙醇发酵的有毒物质。冻融是一项不会产生抑制乙醇发酵的有毒物质的预处理技术，但单纯的冻融的预处理仍有再充分利用的余地。用纤维素酶酶解纤维素不会产生抑制乙醇发酵微生物的有毒物质，但纤维素酶活性低，半衰期短，作用时纤维素酶必须和纤维素直接相结合，纤维素酶和纤维素结合需要消耗纤维素酶半衰期内的一定的时间。通常的加入纤维素酶的时间是在预处理之后，包括生物质冻融之后加入纤维素酶，这样的做法存在三个问题一是在上述产生有毒物质的预处理之后直接加入纤维素酶， 获得的水解液也就含有了抑制乙醇发酵的有毒物质；二是经过预处理之后、已经彼此松动、 分开的木质素、纤维素和半纤维素有自行返回到原有的三者共聚的状态的倾向；第三个问题是如此预处理后加入的纤维素酶主要是通过搅拌实现酶分子和纤维素相遇而结合的，这个过程较慢。高温、高压和强酸强碱方式的预处理和加入纤维素酶不能同步的原因在于，酶不耐高温、高压和强酸强碱，在高温高压和强酸强碱下同步加入会破坏酶的结构。将造纸的机械磨浆用于纤维素燃料乙醇的预处理时，磨浆的成本较高，对促进纤维素酶水解的实际效果不甚理想。在上述背景下，需要找到一种方法以实现三个目标第一是在生物质预处理的同时，能够同步进行纤维素和纤维素酶的结合，减少、避免木质素和纤维素的二次结合；第二是在预处理后不产生抑制乙醇发酵的有毒物质；第三是用机械外力促进纤维素和纤维素酶的结合。为了实现上述目标，本发明提出一种在冰冻研磨的同时加入纤维素酶的生物质预处理方法。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种非粮食类生物质的预处理方法，在冰冻研磨时加入纤维素酶，其能减少木质素和纤维素的二次结合、提高纤维素酶作用效果，不产生抑制乙醇发酵微生物生长的有毒物质。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种非粮食类生物质的预处理方法，其特征在于包括以下步骤
(1)将生物质清除异物，洗净，粉碎成为粉末状；
(2)加入清水、煮沸灭菌、吸涨后人工或自然冰冻；
(3)对冰冻的生物质进行粉碎后加入纤维素酶，调节PH和固液比；
3(4)继续研磨；
(5)保温继续酶解，直至纤维素酶活性消失；
(6)过滤，滤液用于乙醇发酵，滤渣为原木质素。所述的步骤(3)进行粉碎后还可加入其它水解纤维素、半纤维素酶。所述的生物质为秸秆、木材或杂草。与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下
1、冰冻研磨处理期间不存在不利于纤维素酶活性的高温、高压和强酸强碱；
2、冰冻研磨时，冻结成的冰具有如同石英砂样助磨剂的作用，具有反刍动
物二次咀嚼的作用，促进了生物质研磨效果，缩短了研磨的时间，节约了研磨成本，促进了纤维素酶和纤维素的结合；
3、不产生抑制酵母乙醇发酵的有毒物质；
4、将生物质预处理和纤维素酶解纤维素同步化；
5、可以得到原木质素。具体实施例方式
一种非粮食类生物质的预处理方法，其特征在于包括以下步骤
(1)将生物质清除异物，洗净，粉碎成为粉末状；
(2)加入清水、煮沸灭菌、吸涨后人工或自然冰冻；
(3)对冰冻的生物质进行粉碎后加入纤维素酶，调节PH和固液比；
(4)继续研磨；
(5)保温继续酶解，直至纤维素酶活性消失；
(6)过滤，滤液用于乙醇发酵，滤渣为原木质素。所述的步骤(3)进行粉碎后还可加入水解纤维素酶、半纤维素酶。所述的生物质为秸秆、木材或杂草。所述的步骤(3)中的PH值为4. 5，固液比为1:10。本发明的原理在于，冰冻后的生物质变的硬脆，容易粉碎研磨。其中的冰
块可以起到助磨的作用。冰冻后的生物质在磨浆时会抵消磨浆产生的高温。纤维素酶在这样的磨浆过程中会实现快速和纤维素相遇、结合。因此避免了木质素和纤维素的二次
纟口口。在此所指的生物质，是指、包括秸秆、木材、杂草等用于第二代乙醇燃料的生物质。 在冰冻研磨期间加入的酶包括纤维素酶及其它水解纤维素、半纤维素的酶。本发明受到自然现象启示，自然界的反刍动物对食入的草进行二次咀嚼，实际上就是在通过咀嚼的物理作用促进纤维素的分离和纤维素同纤维素酶的充分接触；造纸磨浆工艺中的化学机械制浆是将化学水解作用和物理机械研磨相结合。实施例1
取小麦秸秆，去除异物后粉碎成粉末状，取其1kg，加入自来水煮沸灭菌、吸涨至不再吸水为止，去除多余游离水，置低温冰箱内_20°C下冰冻至形成冻块，之后进行5-10分钟的机械磨浆后，去除多余游离水，加入纤维素酶(10-15IU/g)和缓冲液，调整到最适PH为4. 5 和固液比为1:10后再继续研磨5分钟，取出后在最适温度下保温和继续纤维素的酶解48 小时，过滤，滤渣用于木质素收集，滤液用于后续的乙醇发酵。
实施例2
取小麦秸秆，去除异物粉碎成粉末状，加水灭菌、吸涨，去除多余水，置户外，借助冬季气候条件冰冻后机械粉碎，去除多余水，加入纤维素酶(10-15IU/g)和缓冲液，调整pH为 4. 5和固液比为1:10后继续研磨，取出后在最适温度下保温和继续纤维素的酶解直至纤维素酶活性消失，过滤，滤渣用于木质素收集，滤液用于后续的乙醇发酵。
权利要求
1.一种非粮食类生物质的预处理方法，其特征在于包括以下步骤(1)将生物质清除异物，洗净，粉碎成为粉末状；(2)加入清水、煮沸灭菌、吸涨后人工或自然冰冻；(3)对冰冻的生物质进行粉碎后加入纤维素酶，调节PH和固液比；(4)继续研磨；(5)保温继续酶解，直至纤维素酶活性消失；(6)过滤，滤液用于乙醇发酵，滤渣为原木质素。
2.根据权利要求1所述的一种非粮食类生物质的预处理方法，其特征在于所述的步骤(3)进行粉碎后还可加入其它水解纤维素、半纤维素酶。
3.根据权利要求1或2所述的一种非粮食类生物质的预处理方法，其特征在于所述的生物质为秸秆、木材或杂草。
全文摘要
本发明涉及一种非粮食类生物质的预处理方法，在冰冻研磨时加入纤维素酶，其能减少木质素和纤维素的二次结合、提高纤维素酶作用效果，不产生抑制乙醇发酵微生物生长的有毒物质。本发明包括以下步骤(1)将生物质清除异物，洗净，粉碎成为粉末状；(2)加入清水、煮沸灭菌、吸涨后人工或自然冰冻；(3)对冰冻的生物质进行粉碎后加入纤维素酶，调节pH和固液比；(4)继续研磨；(5)保温继续酶解，直至纤维素酶活性消失；(6)过滤，滤液用于乙醇发酵，滤渣为原木质素。
文档编号C08H7/00GK102559777SQ20121001466
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者王联结 申请人:陕西科技大学