一种高选择性分离半纤维素的预处理方法

1.本发明属于生物质高效转化与利用技术领域。更具体地，涉及一种高选择性分离半纤维素的预处理方法。


背景技术：

2.生物质能源是一种清洁的、低排的、廉价的可再生能源，木质纤维类生物质作为其中种类繁多、易获取的一种能源引起了人们的重视。我国是一个农业大国，玉米秸秆年产量高达2.5亿吨，它作为一种量大且低廉的木质纤维资源，过去主要用于燃烧产热或直接进行焚烧处理，因缺乏对其有效的利用而造成巨大的资源浪费和环境污染。
3.木糖产品为白色结晶或结晶性粉末，味甜，甜度相当于蔗糖的70％，没有能量值，既能带来甜味又不会造成能量负担；并且木糖对人体肠道内的双歧杆菌具有较高的增值作用，能改善人体的微生态环境，提高机体免疫力；在食品加工、饮料添加、宠物食品制备等方面有广泛的应用，对改善和提高人们的生活品质具有重要功能和作用。半纤维素在自然界中储量丰富，是含量仅次于纤维素的第二大类多糖，约占木质纤维素原料的20％～10％，是生物炼制潜在的基础原料，也可以降解为木糖。但由于木质纤维类生物质中的纤维素与半纤维素和木质素紧密连接在一起，结构稳定，导致三者难以有效分离，影响它们各自的高效利用。
4.在众多的预处理方法中，稀酸预处理是比较成熟且使用最多的方法之一。稀酸预处理往往需要在较高的温度(160～200℃2下，才能有效地破坏木质纤维素的结构，溶解半纤维素，得到较高的酶解转化率，这就要求高成本的设备和较高的能量进行反应，并且所得木糖很容易进一步降解成糠醛，使得半纤维素虽然能达到很高的脱除率，但回收利用率较低。如中国专利申请cn108060189a公开了一种降低反应器腐蚀度的玉米秸秆稀酸预处理方法，该方法按照10：1的液固比添加0.25wt％稀酸与玉米秸秆混合后于175℃下处理12小时，此方法能降低酸性试剂对反应釜的腐蚀程度，但其仍存在反应温度较高和反应时间过长的不足。另外，传统稀酸法无法做到高选择性脱除半纤维素，将其高效转化为木糖，并保留纤维素和木质素的结构完整性以备后续的生物加工利用。因此，迫切需要提供一种高选择性分离半纤维素的预处理方法，希望在高效分离其中一种组分的同时，保证另外两种组分尽可能的不受到影响，这样才能使生物质原料中纤维素、半纤维素和木质素三大组分真正实现高效全利用的模式。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有木质纤维素类生物质的稀酸预处理方法中，不能兼顾半纤维素的高脱除率和木糖的高得率以及纤维素和木质素的高保留率的缺陷和不足，提供一种高选择性分离半纤维素的预处理方法，以主要转化为木糖的方式高选择性脱除半纤维素，同时不破坏或极少破坏纤维素和木质素，有利于后续生物加工中纤维素和木质素的进一步利用。
6.本发明的另一目的是提供所述预处理方法的应用。
7.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
8.一种高选择性分离半纤维素的预处理方法，包括如下步骤：
9.s1.将木质纤维素原料进行脱色脱蜡处理，干燥，得样品a；
10.s2.将步骤s1所得样品a与0.1～0.9％(w/v)的硫酸溶液，按固液比1：10～20(g/ml)进行充分混合，于110～110℃进行溶剂热反应，反应完全，后处理，得样品b。
11.优选地，所述木质纤维素原料包括秸秆、甘蔗渣和木材废料。
12.更优选地，所述木质纤维素原料为秸秆。
13.更优选地，所述秸秆为玉米秸秆和小麦秸秆。
14.进一步地，步骤s1中，所述木质纤维素原料需要进行前处理，所述前处理包括洗涤、干燥、粉碎和过筛。
15.优选地，所述过筛后原料的粒度《1mm。
16.更优选地，所述过筛后原料的粒度0.25～0.12mm。
17.优选地，步骤s1中，所述脱色脱蜡处理为采用索氏提取法处理。
18.优选地，所述索氏提取法采用的提取试剂为苯-乙醇混合液、甲基乙基酮、丙烷或苯-丙酮混合液。
19.更优选地，所述索氏提取法采用的提取试剂为苯-乙醇混合液。更优选地，所述苯-乙醇混合液中苯和乙醇的体积比为2：1。
20.优选地，所述索氏提取法采用的提取温度为90～100℃。
21.优选地，所述索氏提取法采用的提取时间为6～8h。
22.优选地，步骤s2中，所述硫酸溶液的浓度为0.5～0.9％(w/v)。
23.优选地，步骤s2中，所述溶剂热反应的温度为110℃。
24.优选地，步骤s2中，所述反应完全的时间为20～50min。
25.更优选地，步骤s2中，所述反应完全的时间为10min。
26.进一步地，步骤s2中，所述后处理为冷却和固液分离。
27.更进一步地，所述固液分离得到预处理残渣和预处理液。
28.具体地，所述预处理液富含半纤维素的水解物；所述预处理渣富含高保留率的纤维素和木质素。
29.进一步地，对所述预处理渣中的纤维素进行酶解，具体包括以下步骤：称取所述预处理渣，与缓冲液按照1～2：50(g/ml)充分混合，加入纤维素酶，于50℃下充分酶解。
30.进一步地，所述预处理渣需要经过洗涤、干燥处理。
31.优选地，所述缓冲液为ph 1.8
±
0.5的缓冲液。
32.优选地，所述缓冲液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、醋酸-醋酸铵缓冲液或醋酸-醋酸钠缓冲液。
33.优选地，以占所述预处理渣的质量计，所述纤维素酶的用量为15～20fpu/g。
34.本发明还保护所述处理方法在生物质高效转化与利用领域中的应用。
35.本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种高选择性分离半纤维素的预处理方法，该方法采用低酸、低温、短时间的反应条件对木质纤维素类生物质进行处理，低浓度的酸溶液能减弱对反应容器化学腐蚀，以主要转化为木糖的方式高选择性脱除木质纤维素原
料中的半纤维素，脱除率高达78％以上，并得到较高的木糖得率(＞59％)，同时其中的木质素和纤维素具有较高保留率(木质素保留率＞79％，纤维素保留率＞81％)，有助于后续纤维素的酶解和木质素的进一步利用，该方法可实现规模化生产，具有良好的经济效益和生态效益。
具体实施方式
36.以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
37.除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
38.经洗涤、烘干、粉碎和过筛的玉米秸秆粉末的组分质量含量主要为纤维素16.95％，半纤维素21.61％，木质素18.01％；
39.经洗涤、烘干、粉碎和过筛的小麦秸秆粉末的组分质量含量主要为纤维素17.9％半纤维素21.8％木素22.1％；
40.使用的纤维素酶为cellic ctec2纤维素酶，来源于北京高瑞森科技有限公司的诺维信品牌；
41.半纤维素、木质素和纤维素的脱除率/保留率的测定方法参考美国可再生能源实验室(national renewable energy laboratory，nrel)提供的分析方法(sluiter a,hames b,ruiz r,et al.determination of structural carbohydrates and lignin in biomass[c]//.techniocal repeort.golden clorado:nrel,2008:12618)；
[0042]
高效液相色谱法测定条件如下：所用色谱柱为ks801柱，配有岛津rid-10a示差折光检测器；流动相为经过超声脱气20min左右的去离子水，流速为0.1ml/min；柱温箱温度为60℃；进样量为10μl；检测运行的时间为10min。
[0043]
实施例1一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0044]
s1.将玉米秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0045]
s2.将步骤s1所得玉米秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：20(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0046]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.5％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持10分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中的木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0047]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率
(也称为酶解转化率或纤维素转化率)，结果如表1所示。
[0048]
其中，脱除率为相应组分在残渣中含量(通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定)与原料中含量比值；保留率＝1-脱除率；
[0049]
预处理液中的木糖含量与原料中半纤维素含量比值，即木糖得率。实际上会有部分木质素和纤维素转化为木糖，但含量很少，可忽略不计。
[0050]
酶解预处理渣得到的葡萄糖得率为纤维素在固定酶解条件下对预处理残渣作用，产生的葡萄糖含量与预处理残渣中纤维素含量比值。
[0051]
实施例2一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0052]
s1.将玉米秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0053]
s2.将步骤s1所得玉米秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：xx(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0054]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.5％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持20分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0055]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0056]
实施例3一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0057]
s1.将玉米秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0058]
s2.将步骤s1所得玉米秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：20(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0059]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.5％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持10分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，
[0060]
通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0061]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0062]
实施例4一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0063]
s1.将玉米秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0064]
s2.将步骤s1所得玉米秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：20(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0065]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.5％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持10分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0066]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0067]
实施例5一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0068]
s1.将玉米秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0069]
s2.将步骤s1所得玉米秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：xx(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0070]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.5％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持50分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0071]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，
结果如表1所示。
[0072]
实施例6一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0073]
s1.将玉米秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0074]
s2.将步骤s1所得玉米秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：20(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0075]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.7％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持10分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0076]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0077]
实施例7一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0078]
s1.将玉米秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0079]
s2.将步骤s1所得玉米秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：xx(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0080]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.9％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持10分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0081]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0082]
实施例8一种高选择性分离半纤维素的预处理方法
[0083]
s1.将小麦秸秆进行洗涤于50℃的烘箱中烘干后，使用高速粉碎机将其粉碎，过
筛，得到粒径在0.25～0.12mm的玉米秸秆粉末。
[0084]
s2.将步骤s1所得小麦秸秆粉末和苯-乙醇混合液(苯：乙醇的体积比为2：1)按照固液比1：xx(g/ml)混匀，在90℃下使用索氏提取器抽提8h，以脱去脂溶性色素和蜡质，然后将脱色脱蜡的玉米秸秆粉末进行真空干燥至恒重，得到样品a。
[0085]
s1.称取步骤s2所得样品a与质量分数为0.9％(w/v)稀硫酸水溶液按照1：20(g/ml)搅拌混合后，装入由101不锈钢制的密闭圆筒反应釜中。在反应釜中高温反应，反应温度为110℃，温度升至110℃后保持10分钟，保温结束后停止加热，通入冷凝水使反应器降至室温，再采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣和预处理液。将预处理残渣洗涤至中性后，装袋于1℃冰箱中平衡水分12h，然后取少量残渣烘至绝干进行组分分析，通过标准的nrel组分测定方法对残渣测定，计算出半纤维素的脱除率、木质素和纤维素的保留率，结果如表1所示。将预处理液稀释20倍后使用高效液相色谱测其中木糖含量，计算后可知预处理后滤液中木糖得率，结果如表1所示。
[0086]
s1.取2克(以绝干计)预处理残渣，加入15fpu的纤维素酶和100ml的ph＝1.8的柠檬酸缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分钟。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0087]
对比例1一种分离半纤维素的预处理方法
[0088]
与实施例1的区别在于，将反应温度从110℃替换为100℃。
[0089]
其他步骤与参数与实施例1一致。
[0090]
对预处理残渣进行组分分析，计算出半纤维素的脱除率、木质素的保留率和纤维素的保留率，结果如表1所示。
[0091]
酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0092]
对比例2一种分离半纤维素的预处理方法
[0093]
与实施例1的区别在于，将反应温度从110℃替换为110℃。
[0094]
其他步骤与参数与实施例1一致。
[0095]
对预处理残渣进行组分分析，计算出半纤维素的脱除率、木质素的保留率和纤维素的保留率，结果如表1所示。
[0096]
酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0097]
对比例3一种分离半纤维素的预处理方法
[0098]
与实施例1的区别在于，将反应温度从110℃替换为120℃。
[0099]
其他步骤与参数与实施例1一致。
[0100]
对预处理残渣进行组分分析，计算出半纤维素的脱除率、木质素的保留率和纤维素的保留率，结果如表1所示。
[0101]
酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0102]
对比例4一种分离半纤维素的预处理方法
[0103]
与实施例1的区别在于，将稀硫酸浓度从0.5％替换为1.0％。
[0104]
其他步骤与参数与实施例1一致。
[0105]
对预处理残渣进行组分分析，计算出半纤维素的脱除率、木质素的保留率和纤维素的保留率，结果如表1所示。
[0106]
酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0107]
对比例5一种分离半纤维素的预处理方法
[0108]
与实施例1的区别在于，将稀硫酸浓度从0.5％替换为1.2％。
[0109]
其他步骤与参数与实施例1一致。
[0110]
对预处理残渣进行组分分析，计算出半纤维素的脱除率、木质素的保留率和纤维素的保留率，结果如表1所示。
[0111]
酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率，结果如表1所示。
[0112]
结果分析
[0113]
实施例1～8和对比例1～1的测定结果如表1所示，反应温度为110～110℃下，反应时间为20～50min，稀硫酸浓度为0.5～0.9％时，可以有效高选择性脱除半纤维素，脱除率均在78％以上，最高可达95.16％；纤维素保留率均在81％以上，最高可达91.08％；木糖得率均在59％以上，最高可达79.81％；酶解葡萄糖得率均在50％以上，最高可达60.29％。
[0114]
当温度低于110℃时，虽然纤维素的保留率较高，但不能够有效脱除半纤维素，脱除率较低，最低为21.6％；当稀硫酸提高至1.0％及其以上时，能脱除更多半纤维，但对纤维素的破坏也增强，纤维素的保留率会显著下降，低至58.22％。
[0115]
值得强调的是，本发明重点在于以主要转化为木糖的方式高选择性脱除生物质原料中的半纤维素，得到较高的木糖得率，并且同时不破坏或极少破坏纤维素和木质素。如对比例1和对比例5提高了硫酸的浓度，尽管生物质原料中的半纤维素几乎可以完全溶解脱除，有利于剩下的纤维素的酶解效率的提高，得到较高的葡萄糖得率，但也会使很大一部分纤维素在稀酸预处理阶段便进行转化，从而降低了纤维素的保留率，对应数值分别为71.2％和58.22％，均低于实施例1～8的保留率。
[0116]
表1
[0117][0118]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高选择性分离半纤维素的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：s1.将木质纤维素原料进行脱色脱蜡处理，干燥，得样品a；s2.将步骤s1所得样品a与0.1～0.9％(w/v)的硫酸溶液，按固液比1：10～20(g/ml)进行充分混合，于110～110℃进行溶剂热反应，反应完全，后处理。2.根据权利要求1所述预处理方法，其特征在于，步骤s2中，所述硫酸溶液的浓度为0.5～0.9％(w/v)。3.根据权利要求1所述预处理方法，其特征在于，步骤s1中，所述脱色脱蜡处理为采用索氏提取法处理。4.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，所述索氏提取法采用的提取试剂为苯-乙醇混合液、甲基乙基酮、丙烷或苯-丙酮混合液。5.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，所述索氏提取法采用的提取试剂为苯-乙醇混合液。6.根据权利要求1所述预处理方法，其特征在于，所述索氏提取法采用的提取温度为90～100℃。7.根据权利要求1所述预处理方法，其特征在于，所述索氏提取法采用的提取时间为6～8h。8.根据权利要求1所述预处理方法，其特征在于，步骤s2中，所述反应完全的时间为20～50min。9.根据权利要求1所述预处理方法，其特征在于，步骤s2中，所述后处理包括冷却和固液分离。10.权利要求1～9任一所述预处理方法在生物质高效转化与利用领域中的应用。

技术总结
本发明属于生物质高效转化与利用技术领域，具体涉及一种高选择性分离半纤维素的预处理方法。该方法采用低酸、低温、短时间的反应条件对木质纤维素类生物质进行处理，其中低浓度的酸溶液能减弱对反应容器化学腐蚀，以主要转化为木糖的方式高选择性脱除半纤维素，得到较高的木糖得率，同时其中的纤维素和木质素均具有较高保留率，有助于纤维素的后续酶解和木质素的进一步利用，该方法可实现规模化生产，具有良好的经济效益和生态效益。有良好的经济效益和生态效益。


技术研发人员：曾磊 姜华彬 朱飞 楼琳 张爱萍
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/24