阅读说明：本技术 超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法 (Method for improving enzymolysis and xylose conversion efficiency of corn straws by supercritical carbon dioxide coupled NaOH pretreatment ) 是由 徐建 顾帅令 吴海军 左宗涛 魏无忌 胡世杰 张楷 徐霞 于 2020-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了生物质预处理和农业废弃物综合利用技术领域的超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法,包括以下步骤：(1)将玉米秸秆粉加入至碱溶液中,搅拌均匀后得到混合料；(2)将混合料在超临界CO-2条件下预处理；(3)将预处理后的混合料经无纺布抽滤,得到滤液和滤渣；(4)取干燥后的滤渣放入柠檬酸三钠缓冲液中,并向柠檬酸三钠缓冲液中加入酸性木聚糖酶,酶水解18-24h,得到木糖；本发明创新性使用超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆,加强酶水解制备木糖效率,同时,预处理方式简单方便,强化试剂(NaOH)廉价易得,处理温度相对较低,节约能耗,并且最大程度上保留半纤维素,保证酶水解效率。(The invention discloses a method for improving the efficiency of enzymolysis and xylose conversion of corn straws by pretreating the corn straws with supercritical carbon dioxide coupled with NaOH, which belongs to the technical field of biomass pretreatment and comprehensive utilization of agricultural wastes, and comprises the following steps: (1) adding the corn straw powder into an alkali solution, and uniformly stirring to obtain a mixture; (2) subjecting the mixture to supercritical CO 2 Pretreating under the condition; (3) carrying out suction filtration on the pretreated mixture through non-woven fabrics to obtain filtrate and filter residues; (4) putting the dried filter residue into a trisodium citrate buffer solution, adding acidic xylanase into the trisodium citrate buffer solution, and performing enzymatic hydrolysis for 18-24h to obtain xylose; the invention innovatively uses supercritical carbon dioxide coupled NaOH to pretreat the corn straws, enhances the efficiency of preparing xylose by enzymatic hydrolysis, simultaneously has simple and convenient pretreatment mode, cheap and easily obtained strengthening reagent (NaOH), relatively low treatment temperature, energy consumption saving and furthestThe hemicellulose is reserved, and the enzymatic hydrolysis efficiency is ensured.)

超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木 糖效率的方法

技术领域

本发明涉及生物质预处理和农业废弃物综合利用技术领域，具体为超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法。

背景技术

生物质能作为新兴的可再生能源，用它来替代石化资源，是解决今后人类环境、资源和能源问题的必然手段。生物炼制，以生物能源的生产为例，其基本流程为：生物质收集、预处理、组分分离、发酵或化学转化、产品回收和副产品综合利用。其中，生物质预处理占据着重要的地位，而寻找一种高效便捷的预处理方法，需要我们不断地进行研究和试验。

我国是一个农业大国，种植玉米的地区分布广泛，对于玉米秸秆的利用主要是用作沤肥和作为简单的燃料燃烧，对其更高价值的利用还比较少。玉米秸秆作为一种木质纤维素，主要是由纤维素、半纤维和木质素组成，虽然木质纤维生物质一直被认为是糖化发酵生产制备生物燃料和其他化学品的可持续资源，但是在没有经过预处理之前的半纤维素的转化率非常低，主要原因就是其结构的复杂性。

现有技术中，研究发现超临界二氧化碳是一种具有潜力的预处理手段，但其对木质纤维素预处理效果十分有限，原因是木质素纤维素结构异常复杂，其中最为典型的就是纤维素和半纤维素之间的氢键联接，木质素与半纤维素之间通过醚键、缩醛键、酯键、碳-碳键等化学键的连接从而形成的木素-碳水化合物复合体(LCC)，这种结构的普遍存在使得我们再分离和利用木质纤维素时常常遇到阻碍。

因此提出超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法，以解决上述背景技术中提出问题。

为实现上述目的，本发明提供如下方案予以实现：超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法，具体包括以下步骤：

(1)将玉米秸秆粉碎、水洗、烘干后得到玉米秸秆粉，将玉米秸秆粉加入至碱溶液中，搅拌均匀后得到混合料；

(2)将混合料在超临界CO₂条件下预处理50-70min，预处理温度为35-70℃；

(3)将预处理后的混合料经无纺布抽滤，得到滤液和滤渣，使用去离子水对滤渣进行洗涤，对洗涤后的滤渣予以干燥，去除水分；

(4)取干燥后的滤渣放入柠檬酸三钠缓冲液中，柠檬酸三钠缓冲液的PH为5，并向柠檬酸三钠缓冲液中加入酸性木聚糖酶，酶水解 18-24h，得到木糖。

优选的，步骤(1)中，玉米秸秆粉粒径为30-50目。

优选的，步骤(1)中，碱溶液为1wt％的NaOH溶液。

优选的，步骤(2)中，超临界二氧化碳预处理的时间为60min，处理温度为35℃。

优选的，步骤(3)中，将洗涤后的滤渣放入45℃的烘箱内干燥 12h。

优选的，步骤(1)中，取玉米秸秆粉50g，取碱溶液为500ml，搅拌均匀后得到混合料。

优选的，步骤(4)中，取2g干燥后的滤渣放入100ml柠檬酸三钠缓冲液中。

本发明的有益效果是：

本发明的目的是利用添加NaOH溶液的方法强化超临界二氧化碳预处理玉米秸秆的效果，从而更好的打破木质纤维素本身复杂的交联结构，破坏木质素、半纤维和半纤维素之间的化学键，提高酶对半纤维素的可及性，进而提升酶催化效率；并且反应因在低温下进行，半纤维素损失极少，为后续的酶水解提供了产率的保证；

本发明创新性使用超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆，加强酶水解制备木糖效率，同时，预处理方式简单方便，强化试剂 (NaOH)廉价易得，处理温度相对较低，节约能耗，并且最大程度上保留半纤维素，保证酶水解效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

酸性木聚糖酶(山东苏柯汉生物技术有限公司，酶活为 200000U/g)。

实施例1

超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法，具体包括以下步骤：

(1)将玉米秸秆粉碎、水洗、烘干后得到玉米秸秆粉，取50g玉米秸秆粉加入至500ml的1wt％的NaOH溶液中，搅拌均匀后得到混合料；

(2)将混合料在超临界CO₂条件下预处理60min，预处理温度为 35℃；

(3)将预处理后的混合料经无纺布抽滤，得到滤液和滤渣，使用 1000ml的去离子水对滤渣进行洗涤，将洗涤后的滤渣放入45℃的烘箱内干燥12h；

(4)取2g干燥后的滤渣放入100ml的柠檬酸三钠缓冲液中，柠檬酸三钠缓冲液的PH为5，并向柠檬酸三钠缓冲液中加入0.625g的酸性木聚糖酶，酶水解24h，得到木糖。

步骤(1)中，粉碎后玉米秸秆的粒径为30-50目。

实施例2

超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法，具体包括以下步骤：

(1)将玉米秸秆粉碎、水洗、烘干后得到玉米秸秆粉，取50g玉米秸秆粉加入至500ml的1wt％的NaOH溶液中，搅拌均匀后得到混合料；

(2)将混合料在超临界CO₂条件下预处理60min，预处理温度为 50℃；

(3)将预处理后的混合料经无纺布抽滤，得到滤液和滤渣，使用 1000ml的去离子水对滤渣进行洗涤，将洗涤后的滤渣放入45℃的烘箱内干燥12h；

(4)取2g干燥后的滤渣放入100ml的柠檬酸三钠缓冲液中，柠檬酸三钠缓冲液的PH为5，并向柠檬酸三钠缓冲液中加入0.625g的酸性木聚糖酶，酶水解24h，得到木糖。

步骤(1)中，粉碎后玉米秸秆的粒径为30-50目。

实施例3

超临界二氧化碳耦合NaOH预处理玉米秸秆提高其酶解转化木糖效率的方法，具体包括以下步骤：

(1)将玉米秸秆粉碎、水洗、烘干后得到玉米秸秆粉，取50g玉米秸秆粉加入至500ml的1wt％的NaOH溶液中，搅拌均匀后得到混合料；

(2)将混合料在超临界CO₂条件下预处理60min，预处理温度为 70℃；

(3)将预处理后的混合料经无纺布抽滤，得到滤液和滤渣，使用 1000ml的去离子水对滤渣进行洗涤，将洗涤后的滤渣放入45℃的烘箱内干燥12h；

(4)取2g干燥后的滤渣放入100ml的柠檬酸三钠缓冲液中，柠檬酸三钠缓冲液的PH为5，并向柠檬酸三钠缓冲液中加入0.625g的酸性木聚糖酶，酶水解24h，得到木糖。

步骤(1)中，粉碎后玉米秸秆的粒径为30-50目。

结果检测

1、试验方法：针对实施例1-3，在0、1、4、8、12、24h时抽取酶水解液0.5ml，抽取完成后立即放入沸水中水浴10min进行灭活，灭活后使用高速离心机进行离心，转速为10000rpm，离心时间为10min。离心后，取上清液进行HPLC分析，定量酶水液中木糖含量。采用传统方法得到的木糖产率为9.4％。具体检测结果如表1 所示。

表1木糖产率

组别	木糖产率/％
		实施例1	33.76
实施例2	31.88
		实施例3	19.37

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。