一种木质纤维素原料处理方法与流程

本发明涉及生物和微生物，具体地，本发明涉及一种木质纤维素原料处理方法。

背景技术：

1、葡萄糖、木糖、淀粉可以作为微生物发酵的底物，但成本昂贵。木质纤维素原料是一种价格低廉、来源广泛的可再生生物质能源，利用价格低廉、含量丰富的木质纤维素原料将会大大减少微生物发酵的生产成本。目前，使用木质纤维素原料如农林废弃物进行微生物发酵在工业生产中并未得到广泛应用，主要原因是木质纤维素原料中存在很多对微生物的生长代谢产生抑制作用的物质，例如呋喃醛类、酚类和有机弱酸类化合物等等，其中酚醛类化合物会引起微生物胞内活性氧(ros)积累，dna突变，破坏细胞骨架从而引起细胞凋亡。因此在生物发酵前需要先对抑制物进行降解。常用的降解方法有活性炭吸附、ca(oh)2过中和、有机溶剂萃取等，但抑制物的去除不彻底，且会消耗部分糖分，同时降解过程产生大量的废水会增加工艺成本，在工业生产中很难广泛应用。现在可以利用生物降解方法减少木质纤维素原料预处理过程中产生的抑制物，但去除效果有待进一步提高。因此，开发一种新的降解工艺很有必要。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种木质纤维素原料处理方法，所述方法包括：对木质纤维素原料水解液进行降解，降解过程中每4-10h改变通气量，并控制ph为3-7，以获得毒性降低的处理液。

2、本发明的积极进步效果在于：本发明提供的降解方法能够在几乎不消耗糖分的情况下有效降解抑制物，且脱除酚醛类化合物的效果更彻底，同时相对于传统的物理、化学降解方法，操作工艺更简单，有效降低废水和固废排放、成本低廉，更容易在工业生产中应用。

3、生物材料保藏信息

4、本发明的宛氏拟青霉cathtd891(paecilomyces variotii bainier cathtd891)，已于2021年11月4日保藏在中国典型培养物保藏中心(cctcc)，保藏地址：中国湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学邮编430072，保藏编号为cctcc m 20211366，培养物名称为宛氏拟青霉cathtd891(paecilomyces variotii bainier cathtd891)。

5、具体实施方式

6、如前所述，本发明提供了一种木质纤维素原料处理方法，所述方法包括：对木质纤维素原料水解液进行降解，降解过程中每4-10h改变通气量，并控制ph为3-7，以获得毒性降低的处理液。

7、于一些实施方式中，控制降解过程中的ph为4-7，进一步为5-6；具体的ph值示例可以为：3、3.5、4、4.5、5、5.2、5.5、5.8、6、6.4、6.6、6.8、7等。

8、于一些实施方式中，控制降解时间为18-48h，进一步为24-36h，例如24h，26h，28h，30h，36h等。

9、于一些实施方式中，每隔4-10h控制通气量为0.1-3vvm，进一步为0.5-2.5vvm，具体的通气量示例可以为：0.5vvm、1.0vvm、1.5vvm、2.0vvm、2.5vvm等。

10、于一些实施方式中，控制相邻两个时间段的通气量的差值为0-1vvm，进一步为0.5-1vvm，例如控制通气量为0.5vvm、1vvm等。

11、于一些实施方式中，降解过程中控制通气量整体呈上升趋势。

12、在本发明一种优选的实施方式中，控制生物降解的时间为24h，在0-6h控制通气量为0.5～1.0vvm，例如0.5vvm；在6-12h控制通气量为1.0～1.5vvm，例如1.0vvm；在12～18h控制通气量为1.5～2.0vvm，例如1.5vvm；在18-24h控制通气量为2.0～2.5vvm，例如2.0vvm。

13、在本发明另一种优选的实施方式中，控制生物降解的时间为18h，在0-4h控制通气量为0.5～1.0vvm，例如0.5vvm；在4-8h控制通气量为1.0～1.5vvm，例如1.0vvm；在8～15h控制通气量为1.5～2.0vvm，例如1.5vvm；在15-18h控制通气量为2.0～2.5vvm，例如2.0vvm。

14、在本发明另一种优选的实施方式中，控制生物降解的时间为30h，在0-10h控制通气量为0.5～1.0vvm，例如0.5vvm；在10-20h控制通气量为1.0～1.5vvm，例如1.5vvm；在20-30h控制通气量为2.0～2.5vvm，例如2.5vvm。

15、本技术的发明人在研究中发现通过控制ph为3-7，并在不同的时间段控制不同的通气量，且控制通气量呈逐步上升的趋势，能够在葡萄糖、木糖等可发酵单糖存在的情况下，优先脱除酚醛类化合物后再脱除有机酸，酚醛类化合物去除效果更彻底，且降解过程中几乎不消耗糖。

16、于一些实施方式中，所述木质纤维素原料水解液含有如下糖分：40-150g/l的葡萄糖、20-75g/l的木糖、1-20g/l的低聚木糖。

17、于一些实施方式中，所述木质纤维素原料水解液含有如下抑制物：0.2-0.8g/l的松柏醛、0.1-1.5g/l的4-羟基苯甲醛、1-15g/l的乙酸。

18、于一些实施方式中，所述木质纤维素原料水解液来源于农林废弃物水解处理获得的水解液。

19、于一些实施方式中，所述农林废弃物包括秸秆(例如玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆)、稻草、稻壳、蔗渣、木材、木屑中的至少一种。

20、于一些实施方式中，水解处理过程中利用纤维素酶将农林废弃物水解处理为含有所述糖分和抑制物的水解液。

21、于一些实施方式中，在水解处理前，将所述农林废弃物进行预处理。

22、于一些实施方式中，所述水解处理的温度为45～55℃。

23、于一些实施方式中，水解处理的ph值为4.5～6.5。

24、于一些实施方式中，水解处理的时间为10～20h。

25、于一些实施方式中，水解处理使用纤维素酶，纤维素酶液相对于木质纤维素原料的用量为10-50u/g，进一步为10-20u/g。

26、本发明中，对预处理方法没有特别的限定，采用本领域的常规工艺即可。

27、于一些实施方式中，降解过程中使用树脂枝孢霉或宛氏拟青霉。

28、于一些实施方式中，所述树脂枝孢霉或宛氏拟青霉种子液的接种量为5-20％，进一步为5-15％，所述百分比为体积百分比。

29、作为本发明一实施方式，宛氏拟青霉为宛氏拟青霉cathtd891(paecilomycesvariotii bainier)；现保藏于中国典型培养物保藏中心(简称cctcc)，地址：中国武汉，武汉大学，邮编430072，保藏编号cctcc m 20211366，保藏日期2021年11月4日。

30、于一些实施方式中，所述宛氏拟青霉cathtd891种子液的制备过程包括：用无菌水从pda平板上洗脱宛氏拟青霉孢子悬液，并通过血球计数法计算孢子浓度，孢子浓度为105～108个/ml，以10～20％的接种量接种到种子培养基中，放置到25～37℃，优选为28～35℃摇床中，转速150～250rpm培养20h～30h，获得种子液。

31、于一些实施方式中，种子培养基中含有下述质量百分比的组分：葡萄糖1～2.5％、二水合磷酸二氢钾0.1～0.4％、七水硫酸镁0.02～0.2％，无水氯化钙0.01～0.06％、硫酸铵0.05～0.2％、酵母提取物0.05～0.5％。

32、在一些具体的实施方式中，所述pda平板的制备过程：将削皮并被切成小块的土豆200g，加入1l去离子水，煮沸3-5min后，用8层纱布过滤并添加去离子水至1l；每1l土豆液中加入葡萄糖和琼脂各20g，加热溶解混匀后分装至三角瓶中，于115℃灭菌20min，冷却制成pda平板。

33、本发明中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比。