阅读说明：本技术 一种乙二胺预处理柠条的方法 (Method for pretreating caragana microphylla by using ethylenediamine ) 是由 钟成 韩琳洁 刘其敬 贾士儒 李文超 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种乙二胺预处理柠条的方法。将粉碎后的柠条与乙二胺混匀置于密闭反应容器中,在120-230℃的条件下进行反应,得到预处理的柠条。该方法能够有效去除木质素、保留纤维素、降低纤维素结晶度,提高柠条中纤维素和半纤维素的酶解效率。本发明操作简单,对设备腐蚀性小,乙二胺可后续回收,适合工业化生产。(The invention provides a method for pretreating caragana microphylla by using ethylenediamine. And uniformly mixing the pulverized caragana microphylla and ethylenediamine, placing the mixture into a closed reaction container, and reacting at the temperature of 120-230 ℃ to obtain the pretreated caragana microphylla. The method can effectively remove lignin, retain cellulose, reduce cellulose crystallinity, and improve enzymolysis efficiency of cellulose and hemicellulose in Caragana microphylla. The method has the advantages of simple operation and small corrosion to equipment, and the ethylenediamine can be subsequently recovered, so the method is suitable for industrial production.)

一种乙二胺预处理柠条的方法

技术领域

本发明属于生物质炼制技术领域,尤其涉及一种乙二胺预处理柠条的方法。

背景技术

随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，环保的可再生资源越来越受到大家的关注。而储量丰富，来源广泛的可再生生物质是新型资源体系的重要组成部分。木质纤维素类生物质原料主要由纤维素、半纤维素以及木质素组成。在植物细胞壁中，木质素填充于纤维素和半纤维素之间，通过氢键和共价键与糖类聚合物连接在一起。这种致密的结构能够帮助植物抵抗微生物的入侵,但严重增加了其开发利用的难度.因此,有效的预处理技术，是打破这种生物抗性的必要手段。预处理过程的主要作用是分离半纤维素和(或)木质素、降低纤维素结晶度、增加空隙等，通过破坏植物细胞壁的稳定结构，从而提高纤维素和半纤维素的酶解可及度。

在生物质炼制领域中，开辟原料来源及寻找廉价的替代原料至关重要。柠条是我国西北干旱和半干旱地区广泛种植的具备防风固沙能力、改善生态环境的重要植被。我国柠条的种植面积为300万亩，由于柠条需3年左右平茬一次，每亩可获得柠条茎秆3吨左右，因此，每年有300万吨的柠条资源亟待开发利用。柠条中的纤维素、半纤维素等可经生物发酵转化为燃料乙醇，成为第一代以粮食为原料的燃料乙醇的替代品，若经高效利用将产生可观的经济和环境效益。但是，柠条属于多年生木本植物，其木质化程度高，纤维素释放困难，利用率低下，且随着树龄增加，其木质化程度越来越高，加工难度增大。因此，木质素的高效分离和纤维素的高效利用是柠条资源化利用的关键技术。

现有的预处理方法主要包括物理法，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预处理等；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、褐腐真菌预处理、白腐真菌预处理等。但由于不同底物(草本、木本)的化学组成和结构差异较大以及不同预处理方法的作用机理不同和适用范围有限，因此，针对木本植物-柠条需要探索有效的预处理方式，提升其资源化利用的水平。

乙二胺是一种有机碱，其沸点为119℃，可通过加热等方式回收。有机碱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，同时还能够改变纤维素的晶型。乙二胺预处理能够有效提高玉米秸秆等草本木质纤维素的酶解得率。公开号CN104561183A提供了一种玉米秸秆的预处理方法，利用乙二胺能够有效提高玉米秸秆的酶解效率，但是由于木本植物与草本植物化学组成和结构上的差异，导致木本植物的生物抗性强于草本植物。

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乙二胺预处理柠条的方法，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。

本发明提供了一种乙二胺预处理柠条的方法，包括以下步骤：

将粉碎的柠条与乙二胺混合均匀后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，本发明所选柠条的尺寸大小为能够通过20目筛。

作为优选，加热反应的温度为120-230℃。

作为优选，加热反应的时间为10-60min。

作为优选，柠条与乙二胺的质量体积比为1g：(1-5)mL。

作为优选，柠条经乙二胺预处理后，进行水洗、过滤或加热回收乙二胺，获得预处理后的固体，进行烘干。乙二胺可在后续过程中采用合适的回收装置进行回收。本发明提供了一种乙二胺预处理柠条的方法，包括以下步骤：将粉碎后的柠条与乙二胺置于密闭的反应器中，在120-230℃的条件下进行加热反应，得到乙二胺预处理的柠条。本发明提供的乙二胺预处理方法，能够去除木质素，较大程度保留纤维素和半纤维素，同时还能够改变纤维素的晶型，能很大程度提高预处理后柠条的酶解效率。并且乙二胺可加热回收后循环利用，节约了成本。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88.03％，与未处理柠条酶解后葡萄糖得率9.63％相比，明显提高。

具体实施方式

实施案例1：本发明乙二胺预处理柠条与酶解的方法

(1)预处理方法

将晾干的柠条原料机械粉碎过40目筛，称取上述所得柠条物料20g放入250mL带密封盖的不锈钢反应釜内，加入30mL乙二胺，搅拌均匀，旋紧密封盖。将上述盛有固液混合物的反应釜放入120℃的油浴锅中反应10min。取出反应釜后放入冷水迅速冷却，打开反应釜，取出物料并使用去离子水清洗(或加热回收乙二胺)，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62.98％。

实施案例2：本发明乙二胺预处理柠条与酶解的方法

(1)预处理方法

将晾干的柠条原料机械粉碎过60目筛，称取上述所得柠条物料20g放入250mL带密封盖的不锈钢反应釜内，加入70mL乙二胺，搅拌均匀，旋紧密封盖。将上述盛有固液混合物的反应釜放入180℃的油浴锅中反应30min分钟。取出反应釜后放入冷水迅速冷却，打开反应釜，取出物料并使用去离子水清洗(或加热回收乙二胺)，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73.62％。

实施案例3：本发明乙二胺预处理柠条与酶解的方法

(1)预处理方法

将晾干的柠条原料机械粉碎过80目筛，称取上述所得柠条物料20g放入250mL带密封盖的不锈钢反应釜内，加入100mL乙二胺，搅拌均匀，旋紧密封盖。将上述盛有固液混合物的反应釜放入230℃的油浴锅中反应60min。取出反应釜后放入冷水迅速冷却，打开反应釜，取出物料并使用去离子水清洗(或加热回收乙二胺)，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88.03％。