本發明屬于木質纖維素生物質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素以提高木質纖維素生物質酶水解率的預處理方法。
背景技術：
在面臨經濟發展和環境保護的雙重壓力下，開發利用生物質等可再生資源是世界各國建立可持續能源系統的有效措施。木質纖維素類生物質是自然界中最龐大、最具潛力的可再生資源，它的有效轉化利用對人類可持續發展有著不可估量的價值。目前，將木質纖維素通過生物法水解為還原糖再經微生物發酵獲取所需產品已成為木質纖維素資源化利用領域的研究熱點及主要研究方向。
木質纖維素的主要成分為纖維素(35-50％)、半纖維素(20-40％)和木質素(15-25％)。木質纖維素的結構復雜，細胞壁中的半纖維素和木質素通過共價鍵形成網絡結構，纖維素鑲嵌其中，這種復雜的網狀結構是生物質轉化過程中的天然抗降解屏障。尤其木質素成分在木質纖維素的酶解過程中阻礙水解酶進入生物質接觸碳水化合物，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化成本。因此，去木質素是解除木質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中的木質素，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，在國內外企業中廣泛生產和應用。
技術實現要素：
本發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纖維素及后續酶解的方法，本發明可有效去除木質素，破壞木質纖維素酶解過程中的抗降解屏障，進而提高木質纖維素生物質的酶水解效率。具體包括以下步驟：
(1)將木質纖維素原料(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)經預處理后的木質纖維素殘渣過濾后，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℃、搖床轉速100～200rpm的條件下反應48～96h進行酶解，以50℃、搖床轉速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。
本發明具有的優點：本發明采用安全性高、成本低廉的強氧化劑過碳酸鈉處理木質纖維素原料，可實現木質素的清潔高效分離，經過碳酸鈉處理后的木質纖維素表面蓬松多孔，經過處理前后木質纖維素微結構分析，結果表明三種組分間的連接鍵氫鍵、醚鍵和酯鍵大大減少，說明經本發明的預處理方法處理后，木質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，本發明方法使木質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。本發明方法簡單易操作，安全無污染，具有可行的工業化應用前景。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明做進一步說明，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明的保護范圍。
實施例1
一種氧化去木質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上述預處理后經烘干的玉米秸稈殘渣(或未經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上述預處理后經烘干的玉米芯殘渣(或未經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