本发明涉及生物炼制领域，特别涉及到一种木质纤维素原料的前处理方法。
背景技术：
1、乳酸，化学名2-羟基丙酸，是一种重要的有机酸，其在分子中含有一不对称碳原子的羟基羧酸，具有光学异构体d-乳酸、l-乳酸和消旋乳酸(dl)。其中手性乳酸，即d-乳酸或l-乳酸是合成可降解高分子材料聚乳酸(pla)的聚合单体。pla被视为最有潜力替代石油衍生聚合物的环境友好型材料，常用两步法实现，首先将手性乳酸缩聚成低聚物，再解聚生成丙交酯；然后以丙交酯作为聚合单体合成高分子量的pla。pla通常要求手性乳酸光学纯度大于96％～99％。因此手性乳酸、丙交酯是合成pla的关键。
2、以生产l-乳酸为例，在利用木质纤维素原料生产l-乳酸过程中，阻碍乳酸手性的纯度的障碍主要有两个：l-乳酸生产菌株和木质纤维素原料及生物炼制过程。目前通过基因工程手段敲除d-乳酸脱氢酶基因实现了l-乳酸生产菌株的构建(参见中国发明专利申请cn109251938a)，生产的l-乳酸光学纯度达到99.0-99.5％，第一个障碍得以解决。第二个障碍为容易被人忽略的木质纤维素原料及生物炼制过程(包括添加的营养物质)，其对纤维素乳酸的手性纯度也会产生影响。木质纤维素原料中如玉米秸秆、小麦秸秆中含有水溶性碳水化合物，如葡萄糖、果糖、蔗糖等。木质纤维素原料通常因为品种、季节不同而收获时间不同，从种植地收获原料到工业利用生产乳酸往往需要经过一段时间的储存，原料中可发酵糖极易被原料中本身就存在的乳酸菌利用而生成消旋乳酸，并一直存在于整个生物炼制过程中，最终影响手性乳酸的光学纯度。生物质原料中的成分一般会随品种、季节、土壤条件和收获时间而变化，常见的玉米秸秆中、小麦秸秆原料中的水溶碳水化合物的含量约占到4％-12％，如果这些单糖完全被转化成消旋乳酸且保留在生物炼制过程中，将会对纤维素l-乳酸的手性纯度造成约5％-10％的影响。因此，木质纤维素原料的处理方式对于高手性纯度乳酸的获得十分重要。
3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、鉴于上述利用木质纤维素原料生产高手性纯度纤维素乳酸面临的技术难题，本发明提供一种木质纤维素原料的前处理方法，通过干燥处理，降低含水量，避免木质纤维素原料在储存过程中可溶性单糖向混合乳酸转化。本发明的发明人发现降低木质纤维原料的含水量能够抑制原料中乳酸菌的生长从而避免可溶性单糖转化为消旋乳酸，为提高木质纤维素原料后续生产单一l-乳酸或d-乳酸、以及进一步合成丙交酯的手性纯度提供有利条件。
2、本发明的目的在于提供一种木质纤维素原料的前处理方法，对所述木质纤维素原料进行干燥处理后再进行储存。
3、本发明所述木质纤维素原料包括玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、棉花杆、芝麻杆、油菜杆、甜高粱茎秆、玉米芯、稻秆、稻草、稻壳、谷壳、甘蔗渣、稻草、木屑、硬木、软木中的一种或几种；
4、在一些具体的实施方式中，所述木质纤维素原料进行粉碎后再干燥处理，所述粉碎的方式包括但不限于球磨、碾磨、积压或切碎中的任意一种或几种的组合，例如锤式粉碎机粉碎、秸秆粉碎机粉碎等；
5、在一些具体的实施方式中，所述木质纤维素原料的粒度为5-15mm，进而优选为8-12mm。所述木质纤维素原料的粒度指的是木质纤维素原料碎片的粒度。
6、在一些具体的实施方式中，所述干燥处理的方式包括但不限于自然晾干、箱式干燥、转筒干燥、转鼓干燥、带式干燥、流化床干燥、气流干燥中的一种或几种。
7、在一些具体的实施方式中，所述干燥处理的方式为箱式干燥，进而优选为电热鼓风干燥箱。
8、在一些具体的实施方式中，所述干燥处理的温度为20-40℃，干燥时间为0-12h。
9、在一些具体的实施方式中，所述干燥处理后木质纤维素原料的含水量为0-25％，进而为0-15％，例如4％、6％、8％、12％、15％、20％、25％等。
10、在一些具体的实施方式中，所述储存为密封储存。所述储存的方式包括但不限于袋贮、窖贮、包贮、堆贮、紧密捆扎中的任意一种或几种的组合。储存时间可以为0-6个月。
11、在一些具体的实施方式中，所述储存时环境控制为厌氧，例如采用密闭隔绝空气的容器进行储存。
12、在一些具体的实施方式中，所述储存时控制环境温度为-10-40℃，进而为20-30℃，例如一般常温。
13、本技术通过降低新收获的木质纤维素原料中的含水量，再进行储存，能够很大程度的抑制野生乳酸菌的生长，从而避免可溶性单糖向混合d-乳酸和l-乳酸转化。
14、本发明还提供了一种乳酸发酵方法，其使用经过上述前处理的木质纤维素原料作为原料生产乳酸。具体地，其使用经过上述前处理的木质纤维素原料作为原料进行预处理、脱毒、糖化、发酵等步骤生产乳酸。所述木质纤维素原料可以提供木质纤维素来源的可发酵单糖。
15、在一些具体的实施方式中，经上述前处理的木质纤维素原料进行预处理，预处理方式包括但不限于稀酸预处理，蒸汽爆破预处理，氨纤维爆破预处理，碱预处理和离子液体预处理等。上述预处理过程会产生抑制后续纤维素酶活性、发酵微生物的细胞生长和代谢活性的抑制物。常常对预处理后的物料进行脱毒处理以脱除这些抑制物。目前采用的抑制物脱除手段主要包括水洗、石灰处理、离子交换吸附、活性炭吸附和利用微生物脱毒等。
16、在一些具体的实施方式中，对预处理后的木质纤维素原料以微生物脱毒脱除抑制物，将生物降解菌株接种于经过预处理的木质纤维素物料进行生物降解24-72h，接种量为5％-15％，通气量为0.1-1.4vvm，温度20-37℃；所述生物降解菌株包括但不限于宛氏拟青霉或树脂枝孢霉。
17、在一些具体的实施方式中，所述宛氏拟青霉为宛氏拟青霉paecilomycesvariotii fn89，保藏编号为cgmcc no.17665，保藏日期为2019年5月8日，保藏地址为北京市朝阳区中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，分类命名为宛氏拟青霉，参见中国发明专利cn110713939a。在一些具体的实施方式中，所述树脂枝孢霉为树脂枝孢霉amorphotheca resinae zn1，保藏编号为cgmcc 7452，参见中国发明专利cn102191279a。
18、在一些具体的实施方式中，所述糖化时，控制ph值为4.5-6.5，和/或，温度为38-55℃。
19、在一些具体的实施方式中，所述发酵时，控制ph值为4.5-6.5，和/或，温度为40-55℃。本发明所述乳酸发酵结束后所有已知的木质纤维素来源的可发酵单糖葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖都将转化为手性乳酸。
20、在一些具体的实施方式中，向经上述前处理、预处理、脱毒的木质纤维素原料加入纤维素酶液，纤维素酶用量为5-20mg蛋白/g干物料，在ph值4.5-6.5，温度38-55℃条件下糖化，再加入乳酸发酵菌株的发酵培养基和乳酸发酵菌株种子液，在ph值4.5-6.5，温度40-55℃条件下发酵生产乳酸。所述发酵培养基没有特别限定，可以是液体mrs培养基或营养盐。所述营养盐成分包括蛋白胨5-10g/l，ye 5-15g/l，柠檬酸氢二铵1-2g/l，一水硫酸锰0.25-0.5g/l。
21、在一些具体的实施方式中，乳酸发酵方法中采用的木质纤维素原料的固含量为20-35％。所述固含量表示将木质纤维素原料进行预处理后，得到的料液中预处理的木质纤维素原料所占的质量百分含量。
22、在一些具体的实施方式中，所述乳酸发酵菌株包括乳酸片球菌、克雷伯氏菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸乳球菌、植物乳杆菌、凝结芽孢杆菌、粪肠球菌或肠球菌中的任意一种。
23、在一些具体的实施方式中，所述乳酸发酵菌株为能进行同型乳酸发酵并生产单一的d-乳酸或者l-乳酸的菌株。
24、优选地，所述乳酸发酵菌株为乳酸片球菌pediococcus acidilactici zy271，该菌株已于2017年01月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称cgmcc，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所)，保藏登记号为cgmcc no.13611，其分类命名为乳酸片球菌。参见中国发明专利申请cn109251938a，其通过基因工程手段得到了一株高效共发酵葡萄糖和木糖生产光学纯l-乳酸的工程菌株，生产的l-乳酸光学纯度达到99.5-99.9％。
25、优选地，所述乳酸发酵菌株为d-乳酸生产菌株乳酸片球菌pediococcusacidilactici zy15，该菌株已于2017年01月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称cgmcc，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所)，保藏登记号为cgmcc no.13612，其分类命名为乳酸片球菌。参见中国发明专利申请cn108866090a，其通过基因工程手段得到了一株高效共发酵葡萄糖和木糖生产光学纯d-乳酸的工程菌株，生产的l-乳酸光学纯度达到99.0-99.5％。
26、与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：通过采取干燥处理的方式，降低木质纤维素原料的含水量，抑制了原料中乳酸菌的生长和乳酸的生成，与含水量(22％)的麦秆相比，当含水量为15％和8％时乳酸的生成量分别降低了99.01％和99.78％。本发明从发酵使用的木质纤维素原料上进行前处理，避免混合乳酸的生成，有利于发酵生产高手性纯度的和d-乳酸或l-乳酸，为合成高光学纯度的手性丙交酯和高质量的聚乳酸提供有利条件。