一種提高禾本科原料纖維素酶解糖化率的預處理工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種預處理工藝，屬于新能源領域，具體公開了一種提高禾本科原料纖維素酶解糖化率的預處理工藝。
【背景技術】
[0002]隨著化學工業的快速發展，能源需求量的增長與不可再生石化資源的短缺之間的矛盾日益突出，因此，利用可再生資源生產新能源已成為科技工作者研究的熱點。相對于傳統的谷物燃料，木質纖維素燃料具備“不與人爭糧、不與糧爭地”的優勢被認為是最具發展前景的可持續能源之一。
[0003]纖維素是植物細胞壁的三大組分(纖維素、半纖維素、木質素)之一，由半徑為2-3nm的微纖絲形成，成千上萬的纖維束被木素和半纖維素包裹形成了尺寸在10-100μπι的植物細胞壁。植物細胞壁這種復雜穩定的結構使其對化學和生物降解均具有天然的頑抗性。此外，纖維素分子鏈由葡萄糖單體通過￠-(1-4)糖苷鍵連接而成，而且鏈間以及鏈內含有大量的氫鍵，存在難以降解破壞的結晶區。由于其復雜的化學結構及天然的抗降解性，木質生物質降解前的預處理過程已成為其高效利用的必要途徑。預處理的目標是疏松或破壞纖維素的致密結構以及木質素和半纖維素對纖維素的包裹，使纖維素、半纖維素和木素相對容易分離，從而提高水解劑對纖維素的可及度和催化效率，使碳水化合物易于轉變成可發酵性糖，從而用來生產纖維素乙醇。在生物質轉變為可發酵性糖的過程中，預處理過程一直被認為是成本耗費最高的一個步驟。在纖維素類能源植物中，禾本科能源植物具有生長周期短、適應性強、產量高等優點。因此，有必要研究開發一種能夠提高禾本科原料纖維素酶解糖化率的預處理工藝，達到降低預處理成本和提高預處理效率的目的。

【發明內容】

[0004]本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種提高禾本科原料纖維素酶解糖化率的預處理工藝。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]—種提高禾本科原料纖維素酶解糖化率的預處理工藝，包括以下步驟:
[0007](1)將脫蠟處理的禾本科原料中加入離子液體[Emim]Ac和堿性鹽(優選:碳酸鈉，優點:碳酸鈉與碳酸氫鈉的市場價格差不多，但是碳酸鈉的堿性要比碳酸氫鈉的強，選用碳酸鈉微調ph時用量更少，鉀鹽價格則偏高)。
[0008](2)將步驟(1)的混合物在02存在的情況下加熱反應即可完成預處理(優選:脫蠟處理的禾本科原料與離子液體[Emim] Ac的質量體積比為1:20)。
[0009]優選:所述步驟(1)中離子液體[Emim]Ac的質量濃度為50%(S卩:[Emim]Ac與水按質量比為1:1混合。并向混合液中加入5%。(w/w)的無水碳酸鈉(無水碳酸鈉的作用是微調體系Ph，加入更少量的無水碳酸鈉，不能達到很好的效果，加入5%Q(w/w)的無水碳酸鈉進行預處理，還原糖得率已經達到一個很高的水平。此處的5%Q(w/w)指的是無水碳酸鈉與離子液體水體系的質量比)。
[0010]優選:所述步驟(2)中反應壓力1.2MPa(壓力過低導致氧脫木素的作用不明顯，在該壓力下，能夠達到較好的預處理效果，從經濟節約的角度考慮，使用該壓力進行預處理是最優選擇)。
[0011]優選:上述工藝還包括步驟(3)反應結束后，向反應物中加入與離子液體等體積的70-90°C (優選:80°C)的水并攪拌(優選:250rpm/min攪拌lh。)
[0012]優選:上述工藝還包括步驟(4)步驟(3)結束后，對反應物離心分離，轉速為3800rpm/min，洗滌上述分離出的預處理物料直到洗液的PH為中性為止，并收集上述分離出的預處理液。
[0013]優選:上述工藝還包括步驟(5)將步驟(4)中洗滌好的預處理物料在55°C下烘干，并通過旋蒸的方法回收離心后液體中的離子液體，旋蒸時的溫度為75°C。
[0014]優選:所述步驟(1)中的脫蠟步驟如下:將禾本科原料粉碎成40-60目的物料，將甲苯和體積分數為95%的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液(苯醇抽提液能夠更好的脫除原料中含有的樹脂、脂肪和蠟質)用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80°C、時間為5h，抽提后的物料在50°C下烘干。
[0015]優選:所述步驟(2)的反應溫度110-130°C、時間為15-60min。
[0016]本發明將水性離子液體([Emim]Ac])與水按照質量比1:1的比例混合并通過添加無水碳酸鈉微調體系的pH制成預處理溶劑，然后將物料與該預處理溶劑按照質量體積比為1: 20的比例均勾混合，并向該體系中通入02，在110-130°(3下進行預處理15-60111；[11，該預處理方法改善了離子液體預處理技術和濕氧化法預處理技術，大大提高了禾本科原料纖維素酶解糖化率。實驗結果表明，運用“02/[Emim]Ac體系”對禾本科草類原料進行預處理，能夠在很大程度上提高原料的酶解效率。
[0017]本發明的有益效果是:
[0018](1)運用“02/[Emim]Ac體系”對禾本科草類原料進行預處理，在破壞纖維素結晶結構的同時提高了木素的脫除率，顯著提高了后續的酶解糖化率；
[0019](2)預處理液中含有離子液體和水，通過蒸發濃縮可除去多余的水分，從而回收離子液體，用回收后的離子液體進行“02/[Emim]Ac體系”預處理仍然具有顯著提高酶解糖化率的效果，從而可節約預處理成本；
[0020](3)本發明中，“02/[Emim]Ac體系”預處理在120°C下處理15min即可達到較好的預處理效果，因此可降低預處理過程中的能量消耗，提高預處理效率；
[0021](4)本發明提高了禾本科原料纖維素酶解糖化率，為生產纖維素乙醇提供了一種有效的預處理方法，使禾本科能源草的利用價值大大提高。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1-5中，酶解后的葡萄糖濃度與酶解時間的關系圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
[0024]物料經脫蠟處理后直接進行酶水解，按下列步驟進行:
[0025](1)將禾本科原料粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95%的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80°C、時間為5h，抽提后的物料在50°C下烘干；
[0026](2)將步驟(1)中的物料進行纖維素酶水解，酶解溫度為50°C，時間為60h，酶活為20FPU/g (基質)；
[0027]酶解后的最終葡萄糖濃度為1.25g/L0
[0028]實施例2
[0029]“離子液體水溶液體系”預處理雜交狼尾草對纖維素酶解率的影響，按下列步驟處理:
[0030](1)將禾本科原料粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95%的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液抽提粉碎后的物料，抽提溫度為80°C，時間為5h，抽提后的物料在50°C下烘干；
[0031 ] (2)將離子液體[Emim]Ac與水按照質量比1:1的比例混合并向該混合液中加入5%0(w/w)的無水碳酸鈉，將步驟(1)中的預處理物料與該預處理溶劑按照質量比1:20的比例混合；
[0032 ] (3)對步驟(2)的反應釜加熱，溫度為120°C、時間為15min;
[0033](4)步驟(3)結束后，向反應釜中加入與預處理溶劑等體積的溫水并攪拌，水溫為80°C，時間為 lh，轉速為 250rpm/min;
[0034](5)步驟(4)結束后，對物料通過離心機進行固液分離，離心機轉速為3800rpm/min洗滌上述分離出的預處理物料直到洗液的pH為中性為止；
[0035](6)將步驟(6)中洗滌好的預處理物料在55°C下烘干；
[0036](7)將步驟(6)中的預處理物料進行纖維素酶水解，溫度為50°C，時間為60h，酶活為 20FPU/g(基質)；
[0037]結果:“離子液體水溶液體系”預處理雜交狼尾草纖維素酶解后的最終葡萄糖濃度為3.37g/L，相對于未經“離子液體水溶液體系”處理的物料(實施例1)相比，葡萄糖濃度提高了2.7倍。
[0038]實施例3
[0039]“02/水體系”預處理雜交狼尾草對纖維素酶解率的影響，按下列步驟處理:
[0040](1)將禾本科原料粉碎成40-60目的物料，將甲苯和95%的乙醇按照體積比2:1的比例混合成苯醇抽提液，用該溶液