阅读说明：本技术 一种两步预处理柠条的方法 (Method for pretreating caragana microphylla in two steps ) 是由 李文超 韩琳洁 钟成 贾士儒 谢燕燕 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种两步预处理柠条的方法,以柠条为原料,采用蒸汽爆破-乙二胺两步预处理技术。首先将柠条进行蒸汽爆破预处理,得到预处理原料,然后与乙二胺混匀置于密闭反应容器中,在高温条件下进行反应,得到两步预处理的柠条。本发明采用两步预处理,能够有效去除木质纤维素中的半纤维素和木质素、保留纤维素,有效提高纤维素和半纤维素的酶解效率。采用两步预处理技术,可以有效降低直接采用乙二胺预处理的强度和减少乙二胺的用量。(The invention provides a method for pretreating caragana microphylla in two steps, which takes caragana microphylla as a raw material and adopts a two-step pretreatment technology of steam explosion-ethylenediamine. Firstly, performing steam explosion pretreatment on caragana microphylla to obtain a pretreatment raw material, then uniformly mixing the pretreatment raw material with ethylenediamine, placing the mixture in a closed reaction container, and reacting at a high temperature to obtain the caragana microphylla pretreated by two steps. The method adopts two-step pretreatment, can effectively remove hemicellulose and lignin in lignocellulose, retain cellulose, and effectively improve the enzymolysis efficiency of the cellulose and the hemicellulose. By adopting a two-step pretreatment technology, the strength of direct ethylene diamine pretreatment can be effectively reduced, and the dosage of ethylene diamine can be reduced.)

一种两步预处理柠条的方法

技术领域

本发明属于生物质炼制技术领域,尤其涉及一种两步预处理柠条的方法。

背景技术

化石原料是不可再生资源，围绕化石原料发展的可持续性正受到越来越严重的挑战。同时，对化石资源的大量开采和利用也带来了严重的环境问题。因此，近年来，寻求可再生的替代资源面临越来越迫切的需要。木质纤维素原料是一种分布广泛、产量丰富且可再生的生物质资源。木质纤维素可用来生产多种化学产品(如燃料乙醇、乳酸等)。但是，木质纤维素牢固的交联网状结构使其对微生物的降解及物理化学等因素具有很强的抗性。这种结构使对纤维素、半纤维素、木质素等组分的利用效率极为低下。因此，通常需要经过预处理才能实现木质纤维素结构的改变，促进各组分的利用。

现有的预处理方法包括物理法，如机械性粉碎、微波预处理、冷冻预处理法、超声波处理等；化学法，如酸、碱、有机溶剂和离子液体等；物理化学法，如蒸汽***预处理，氨纤维***预处理，高温液态水预处理等；生物法，如生物酶预处理、白(褐)腐真菌预处理等。单一的预处理方法虽针对性较强，但其效果往往偏差。因此，在应用过程中将不同的预处理方法组合起来，有望提高预处理的效果及组分的分离效率，使过程更经济化。

蒸汽***法作为一种物理化学方法,能有效地实现半纤维素等化学组分的分离，并且不用添加化学药品，对环境无污染，能耗较低，是近年来应用广泛、成本较低的木质纤维素高效预处理技术。乙二胺预处理是近几年发展起来的、对草本和木本植物都具有良好预处理效果的方式。乙二胺能够打开木质素和半纤维素之间连接的醚键，从而去除木质素，较大程度保留纤维素和半纤维素，同时还能够有效改变纤维素的晶型，极大提高木质纤维素的酶解可及性。同时，乙二胺是一种有机碱，其沸点为119℃，可通过加热等方式回收。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种两步预处理柠条的方法，本发明的预处理方法能够显著提高木本植物柠条的纤维素和半纤维素转化率，并且减少乙二胺的用量。

本发明提供了一种两步预处理柠条的方法，包括以下步骤：

(1)将粉碎后的柠条放入蒸汽***反应缸中，通入高温蒸汽使压力达到指定数值,维持一定的反应时间后,迅速打开排气阀门，收集并水洗物料,干燥后得到蒸汽***预处理的柠条。

(2)将蒸汽***后的柠条与乙二胺混匀置于密闭的反应器中，加热进行反应，经一定的时间后,将反应器取出并迅速冷却,取出物料,得到乙二胺预处理的柠条。

作为优选，蒸汽***反应条件为1.8-2.5Mpa，反应3-10min。

作为优选，加热反应的温度为120-210℃。

作为优选，加热反应的时间为10-50min。

作为优选，柠条与乙二胺的质量体积比为1g：(1-4)mL。

作为优选，柠条经蒸汽***，乙二胺预处理后，进行水洗、过滤或加热回收乙二胺，获得两步预处理后的固体，进行烘干。

作为优选，粉碎的柠条尺寸大小为能通过20目筛，湿度为1％-80％。

本发明提供的蒸汽***-乙二胺两步预处理方法，能够有效提高柠条的葡萄糖得率。在汽爆过程中,原料的半纤维素以及其他组分得以去除,固体回收率为60-80％,从而与直接乙二胺预处理相比,第二步预处理过程中乙二胺的用量降低20-40％，本发明实施案例结果表明，柠条乙二胺预处理酶解后的葡萄糖的得率为89.71％，与直接乙二胺预处理酶解得率70.62％相比，明显提高。

具体实施方式

实施案例1：本发明两步预处理柠条与酶解的方法

(1)预处理方法

称取200g柠条原料放入汽爆设备的反应缸中，柠条原料的湿度为5％，大小过20目筛，通入高压蒸汽，使反应缸中的压力升至1.8MPa，持续时间5min后，打开排气阀瞬间***。收集物料并使用去离子水清洗，过滤晾干，得到蒸汽***的原料，原料固体回收率为。

称取20g蒸汽***的物料放入250mL带密封盖的不锈钢反应釜内，加入40mL乙二胺，搅拌均匀，旋紧密封盖。将反应釜放入150℃的油浴锅中反应20min。取出反应釜后迅速放入冷水，待冷却后，打开反应釜取出物料并使用去离子水清洗，过滤晾干，得到预处理的柠条。

(2)酶解方法

将一定量经预处理的物料加入100mL细口锥形瓶中，加入纤维素酶、半纤维素酶和水，在50℃，200rpm摇床中酶解反应72h，反应结束后取样，12000rpm离心5min，取上清过0.22μm水系膜。使用高效液相色谱对单糖含量进行测定。计算获得葡萄糖转化率为64.22％，与相同条件下直接乙二胺预处理柠条酶解得率52.12％相比，明显提高。

实施案例2：本发明两步预处理柠条与酶解的方法

(1)预处理方法

称取200g柠条原料放入汽爆设备的反应缸中，柠条原料的湿度为45％，大小过40目筛，通入高压蒸汽，使反应缸中的压力升至2.2MPa，持续时间7min后，打开排气阀瞬间***。收集物料并使用去离子水清洗，过滤晾干，得到蒸汽***的原料。

称取20g蒸汽***的物料放入250mL带密封盖的不锈钢反应釜内，加入60mL乙二胺，搅拌均匀，旋紧密封盖。将反应釜放入180℃的油浴锅中反应30min。取出反应釜后迅速放入冷水，待冷却后，打开反应釜取出物料并使用去离子水清洗，过滤晾干，得到预处理的柠条。

(2)酶解方法

取一定量经乙二胺预处理的物料加入100mL细口锥形瓶中，加入纤维素酶、半纤维素酶和水，在50℃，200rpm摇床中酶解反应72h，反应结束后取样，12000rpm离心5min，取上清过0.22μm水系膜。使用高效液相色谱对单糖含量进行测定。计算获得葡萄糖转化率为70.52％，与相同条件下直接乙二胺预处理柠条酶解得率59.82％相比，明显提高。

实施案例3：本发明柠条预处理方法与酶解方法

(1)预处理方法

称取200g柠条原料放入汽爆设备的反应缸中，柠条原料的湿度为80％，大小过80目筛，通入高压蒸汽，使反应缸中的压力升至2.5MPa，持续时间9min后，打开排气阀瞬间***。收集物料并使用去离子水清洗，过滤晾干，得到蒸汽***的原料。

称取20g蒸汽***的物料放入250mL带密封盖的不锈钢反应釜内，加入80mL乙二胺，搅拌均匀，旋紧密封盖。将反应釜放入210℃的油浴锅中反应50min。取出反应釜后迅速放入冷水，待冷却后，打开反应釜取出物料并使用去离子水清洗，过滤晾干，得到预处理的柠条。

(2)酶解方法

取一定量经乙二胺预处理的物料加入100mL细口锥形瓶中，加入纤维素酶、半纤维素酶和水，在50℃，200rpm摇床中酶解反应72h，反应结束后取样，12000rpm离心5min，取上清过0.22μm水系膜。使用高效液相色谱对单糖含量进行测定。计算获得葡萄糖转化率为89.71％，与相同条件下直接乙二胺预处理柠条酶解得率70.62％相比，明显提高。