本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)資源化利用技術領域，具體涉及一種采用強氧化劑氧化去木質(zhì)素以提高木質(zhì)纖維素生物質(zhì)酶水解率的預處理方法。
背景技術：
在面臨經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的雙重壓力下，開發(fā)利用生物質(zhì)等可再生資源是世界各國建立可持續(xù)能源系統(tǒng)的有效措施。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)是自然界中最龐大、最具潛力的可再生資源，它的有效轉(zhuǎn)化利用對人類可持續(xù)發(fā)展有著不可估量的價值。目前，將木質(zhì)纖維素通過生物法水解為還原糖再經(jīng)微生物發(fā)酵獲取所需產(chǎn)品已成為木質(zhì)纖維素資源化利用領域的研究熱點及主要研究方向。
木質(zhì)纖維素的主要成分為纖維素(35-50％)、半纖維素(20-40％)和木質(zhì)素(15-25％)。木質(zhì)纖維素的結構復雜，細胞壁中的半纖維素和木質(zhì)素通過共價鍵形成網(wǎng)絡結構，纖維素鑲嵌其中，這種復雜的網(wǎng)狀結構是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的天然抗降解屏障。尤其木質(zhì)素成分在木質(zhì)纖維素的酶解過程中阻礙水解酶進入生物質(zhì)接觸碳水化合物，并且會吸附水解酶影響其水解活性，導致酶解效率降低，從而加大了生物精煉過程的轉(zhuǎn)化成本。因此，去木質(zhì)素是解除木質(zhì)纖維素天然抗降解屏障、提高糖苷水解酶作用效率的首要任務。
目前，常用的木質(zhì)纖維素預處理方法(離子液法、酸堿預處理法、蒸汽爆破法、臭氧預處理法等)中，堿性試劑和強氧化劑組合的預處理方法被報道可有效去除生物質(zhì)中的木質(zhì)素，同時破壞半纖維素、纖維素之間的氫鍵和纖維素的晶體結構，從而破壞生物質(zhì)中的頑抗結構，但相關研究文獻較少。過碳酸鈉也稱過氧化碳酸鈉或過氧水合碳酸鈉，其水溶液呈堿性，是一種堿性強氧化劑，常用于漂白劑、洗滌劑、水果保鮮劑、制氧劑金屬表面處理劑等，安全性高、成本低，在國內(nèi)外企業(yè)中廣泛生產(chǎn)和應用。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種采用強氧化劑過碳酸鈉預處理木質(zhì)纖維素及后續(xù)酶解的方法，本發(fā)明可有效去除木質(zhì)素，破壞木質(zhì)纖維素酶解過程中的抗降解屏障，進而提高木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的酶水解效率。具體包括以下步驟：
(1)將木質(zhì)纖維素原料(玉米秸稈、玉米芯、小麥秸稈、稻草秸稈和甘蔗渣中的任何一種或其組合)粉碎，過40～80目篩后于90～105℃烘干。
(2)取一定量經(jīng)粉碎烘干的原料，加入過碳酸鈉溶液使固液比控制在1∶5～1∶25，以1∶10為佳；使過碳酸鈉的濃度控制為1～8％(w/v)，以4％為佳；預處理溫度控制在30～70℃，以60℃為佳；預處理時間控制在0.5～8h，以4h為佳。
(3)經(jīng)預處理后的木質(zhì)纖維素殘渣過濾后，用蒸餾水洗滌直至濾液ph達到中性，90～105℃干燥至恒重。
(4)將經(jīng)上述預處理得到的殘渣加入ph為4.5～5.0檸檬酸緩沖液中，控制其濃度為5～15％(w/v)，以8％為佳。
(5)向上述體系中加入來源于木霉的商品化纖維素酶和木聚糖酶，分別控制酶的裝載量為20～50fpu/g底物(以30fpu/g底物為佳)和5000～12000u/g底物(以8000u/g底物為佳)，45～55℃、搖床轉(zhuǎn)速100～200rpm的條件下反應48～96h進行酶解，以50℃、搖床轉(zhuǎn)速150rpm，酶解72h為佳。
(6)分別用dns法和hplc法測定水解液中還原糖和葡萄糖、木糖濃度。
本發(fā)明具有的優(yōu)點：本發(fā)明采用安全性高、成本低廉的強氧化劑過碳酸鈉處理木質(zhì)纖維素原料，可實現(xiàn)木質(zhì)素的清潔高效分離，經(jīng)過碳酸鈉處理后的木質(zhì)纖維素表面蓬松多孔，經(jīng)過處理前后木質(zhì)纖維素微結構分析，結果表明三種組分間的連接鍵氫鍵、醚鍵和酯鍵大大減少，說明經(jīng)本發(fā)明的預處理方法處理后，木質(zhì)纖維素原料的微結構得到了破壞，通過對預處理前后原料的組分含量分析，表明木質(zhì)素去除率達50％，纖維素和半纖維素組分保留率達90％以上。酶解實驗表明，本發(fā)明方法使木質(zhì)纖維素的酶解率得到了大大提高，葡萄糖得率提高了一倍以上，木糖得率提高了2倍以上。本發(fā)明方法簡單易操作，安全無污染，具有可行的工業(yè)化應用前景。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明做進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護范圍。
實施例1
一種氧化去木質(zhì)素提高玉米秸稈原料酶水解率的預處理方法，包括以下步驟：
(1)將玉米秸稈粉碎，過60目篩后于90℃烘干至恒重。
(2)取10g經(jīng)粉碎烘干的玉米秸稈原料，加入100ml濃度為4％(w/v)的過碳酸鈉溶液，在60℃下處理4h。
(3)將預處理后的玉米秸稈過濾，用蒸餾水洗滌直至濾液ph達到中性，90℃烘干至恒重。
(4)取2.0g上述預處理后經(jīng)烘干的玉米秸稈殘渣(或未經(jīng)預處理的玉米秸稈原料)，加入25ml0.05mol/l、ph為4.8的檸檬酸緩沖液中，向該混合液中加入木霉來源的商品化纖維素酶和木聚糖酶，其中纖維素酶的裝載量為30fpu/g底物，木聚糖酶的裝載量為8000u/g底物，控制水解體系總體積為40ml。
(5)上述體系于50℃、搖床轉(zhuǎn)速150rpm的條件下進行酶解，反應72h后分別測定還原糖、葡萄糖和木糖濃度，結果見表1。
表1預處理前后玉米秸稈組分分析及酶解糖得率
實施例2
一種氧化去木質(zhì)素提高玉米芯原料酶水解率的預處理方法，包括以下步驟：
(1)將玉米芯原料粉碎，過80目篩后于90℃烘干至恒重。
(2)取10g經(jīng)粉碎烘干的玉米芯原料，加入100ml濃度為5％(w/v)的過碳酸鈉溶液，在50℃下處理6h。
(3)將預處理后的玉米芯過濾，用蒸餾水洗滌直至濾液ph達到中性，90℃烘干至恒重。
(4)取2.0g上述預處理后經(jīng)烘干的玉米芯殘渣(或未經(jīng)預處理的玉米芯原料)，加入25ml0.05mol/l、ph為4.8的檸檬酸緩沖液中，向該混合液中加入木霉來源的商品化纖維素酶和木聚糖酶，其中纖維素酶的裝載量為40fpu/g底物，木聚糖酶的裝載量為10000u/g底物，控制水解體系總體積為40ml。
(5)上述體系于50℃、搖床轉(zhuǎn)速180rpm的條件下進行酶解，反應72h后分別測定還原糖、葡萄糖和木糖濃度，結果見表2。
表2預處理前后玉米芯組分分析及酶解糖得率