1.本发明涉及一种生物质高效转化与利用技术领域，尤其涉及一种氯化铜催化乙醇预处理从甘蔗渣分离纤维素的方法，本发明还涉及进一步将纤维素酶解为葡萄糖的方法。


背景技术：

2.随着化石能源的减少、环境的污染以及环保意识的增强，迫使人们寻找一种新的清洁能源。生物质能作为其中的一种引起了人们的重视。在丰富的生物质资源中，木质纤维类生物质种类多、易获取。以木质纤维类生物质制液体燃料，不仅是对废弃物的资源化利用，还对我国能源安全具有重要意义，备受人们关注。但由于木质素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，这导致难以有效分离其中的纤维素，影响纤维素的进一步利用。因此在进行生物质资源转化时需要对其进行预处理，破坏其紧密结构，去除其中的木质素，在酶解过程中把半纤维素、纤维素水解成木糖、葡萄糖等单糖，通过发酵生产乙醇。
3.目前比较常见的预处理方法有酸预处理、碱预处理、有机溶剂预处理以及离子液体预处理。其中，基于乙醇溶液的有机溶剂预处理因其可回收循环利用、低毒性和可产生易于酶解的预处理残渣等优点而受到学者们青睐。通常，基于乙醇的有机溶剂预处理所提供的条件不足以使木质纤维类生物质中的木质素和半纤维素被降解，还需要通过添加酸性或碱性催化剂，从而脱除大部分半纤维素和木质素，打破原有的致密结构，提高纤维素酶的可及性，利于纤维素后续的利用。
4.发明人在cn109457000a中公开了将蔗渣原料与一定量的金属盐溶液(mgcl2水溶液、fecl2水溶液、zncl2水溶液、cucl2水溶液、alcl3水溶液、crcl3水溶液和fecl3水溶液中的任意一种)置于密闭反应器中，在150～170℃下反应5～15min进行预处理，去除了部分木素和半纤维素。研究表明这种处理对木素和半纤维素的去除效果一般，有待进一步提高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种从甘蔗渣分离纤维素并酶解的方法。
6.本发明所采取的技术方案是：本发明的第一个方面，提供：一种从甘蔗渣分离纤维素的方法，包括如下步骤：将甘蔗渣、乙醇水溶液和氯化铜混合均匀，130～180℃保温处理，分离得到预处理液和预处理蔗渣，所述预处理蔗渣即分离得到的纤维素。
7.在一些实例中，甘蔗渣、乙醇水溶液的混合比为1g：8～15 ml，甘蔗渣按绝干质量计。
8.在一些实例中，所述乙醇水溶液的浓度为40～75%( v/v)。
9.在一些实例中，所述乙醇水溶液的浓度为60%( v/v)。
10.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.005～0.1 mol/l。
11.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.01～0.05 mol/l。
12.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.025～0.05 mol/l。
13.在一些实例中，所述保温处理的时间为5～40 min。
14.在一些实例中，所述保温处理的时间为10～20 min。
15.在一些实例中，所述保温的温度为160～180℃。
16.在一些实例中，所述保温的温度为160～180℃，保温时间为10～20 min。
17.本发明的第二个方面，提供：一种提高甘蔗渣酶解产糖效率的方法，包括如下步骤：s1）按本发明第一个方面所述的方法制备得到预处理蔗渣；s2）向所述预处理蔗渣中加入缓冲液、纤维素酶进行酶解，得到糖液。
18.在一些实例中，所述酶解过程中，还添加有酶解促进剂，所述酶解促进剂为吐温80、bsa或茶皂素中的一种。
19.在一些实例中，所述纤维素酶的用量为10～20 fpu/g预处理蔗渣绝干质量。
20.在一些实例中，所述吐温80的用量为0～100mg/g预处理蔗渣绝干质量。
21.在一些实例中，所述bsa的用量为0～60mg/g预处理蔗渣绝干质量。
22.在一些实例中，所述茶皂素的用量为0～60mg/g预处理蔗渣绝干质量。
23.在一些实例中，所述缓冲液为乙酸-乙酸钠缓冲溶液。
24.在一些实例中，所述预处理蔗渣与所述缓冲液质量体积比为1g：(40～100) ml。
25.在一些实例中，所述乙酸-乙酸钠缓冲溶液浓度为0.03～0.06 mol/l。
26.本发明的有益效果是：本发明一些从甘蔗渣分离纤维素的方法的实例，反应条件温和，可以有效脱除甘蔗渣中的大部分半纤维素和部分木质素，保留纤维素，可以获得高质量的纤维素。
27.本发明一些从甘蔗渣分离纤维素的方法的实例，制备得到的纤维素中，半纤维素和木质素含量低，降低了半纤维素和木质素对酶解的影响，初步提高了酶解效率，更有利于作为纤维素酶酶解的原料使用。
28.本发明的一些实例，通过添加特定组成的添加剂，可进一步提升酶解产糖效率和酶解速率，有效地降低酶解成本。
具体实施方式
29.一种从甘蔗渣分离纤维素的方法，包括如下步骤：将甘蔗渣、乙醇水溶液和氯化铜混合均匀，130～180℃保温处理，分离得到预处理液和预处理蔗渣，所述预处理蔗渣即分离得到的纤维素。
30.在一些实例中，甘蔗渣、乙醇水溶液的混合比为1g：8～15 ml，甘蔗渣按绝干质量计。其比例可以根据乙醇水溶液的浓度和后续的水解效果进行一定的调整。
31.乙醇水溶液的浓度可以根据应用情况进行相应的调整。在一些实例中，所述乙醇水溶液的浓度为40～75%( v/v)。
32.在一些实例中，所述乙醇水溶液的浓度为40～60%( v/v)，更佳为40～50%(v/v)。实验数据表明，乙醇水溶液浓度在该范围内，可以很好地去除半纤维素和木质素，同时不损
伤纤维素。
33.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.005～0.1 mol/l。这一浓度下，具有一定的促进作用。
34.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.01～0.05 mol/l。实验数据表明，这一浓度下，具有较好的促进作用。
35.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.025～0.05 mol/l。实验条件下，这一浓度具有最佳的促进作用。
36.保温时间可以根据酶解效果进行一定的调整。在一些实例中，所述保温处理的时间为5～40 min。
37.在一些实例中，所述保温处理的时间为10～20 min。时间过短，促进酶解的效果偏弱，时间过长，也不利于后续的酶解，可能与高温下纤维素结构被破坏有关。
38.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.005～0.1 mol/l。
39.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.01～0.05 mol/l。
40.在一些实例中，所述氯化铜的终浓度为0.025～0.05 mol/l。
41.在一些实例中，所述保温处理的时间为5～40 min。
42.在一些实例中，所述保温处理的时间为10～20 min。
43.在一些实例中，所述保温的温度为160～180℃。
44.在一些实例中，所述保温的温度为160～180℃，保温时间为10～20 min。基于现有的实验数据，这一处理条件下，有望达到最佳的促进效果，与其他条件相比，酶解效率具有显著的提高。
45.本发明的第二个方面，提供：一种提高甘蔗渣酶解产糖效率的方法，包括如下步骤：s1）按本发明第一个方面所述的方法制备得到预处理蔗渣；s2）向所述预处理蔗渣中加入缓冲液、纤维素酶进行酶解，得到糖液。
46.纤维素酶的用量主要基于综合成本考虑。在一些实例中，所述纤维素酶的用量为10～20 fpu/g预处理蔗渣绝干质量。这种用量下，既可以获得较佳的酶解效率，同时成本也相对可以接受。
47.在一些实例中，所述酶解过程中，还添加有酶解促进剂，所述酶解促进剂为吐温80、bsa或茶皂素中的一种。实验数据表明，添加吐温80、bsa或茶皂素均有可以提高酶解的速率，缩短酶解时间，提高生产效率。
48.在一些实例中，所述吐温80的用量为0～100mg/g预处理蔗渣绝干质量。优选约50～60 mg/g预处理蔗渣绝干质量。
49.在一些实例中，所述bsa的用量为0～60mg/g预处理蔗渣绝干质量。
50.在一些实例中，所述茶皂素的用量为0～60mg/g预处理蔗渣绝干质量。
51.缓冲液的作用主要在于维持酶解反应所需要的稳定ph。缓冲液无特殊要求，只要具有较好的缓冲能力，不影响或较少影响酶活即可。缓冲液的ph可以根据所使用的纤维素酶的不同而进行相应的调整。在一些实例中，所述缓冲液为乙酸-乙酸钠缓冲溶液。
52.预处理蔗渣与所述缓冲液混合比可以根据实际情况进行一定的调整，以不影响酶解反应的进行、同时使用成本相对较低为宜。在一些实例中，所述预处理蔗渣与所述缓冲液
质量体积比为1g：(40～100) ml。
53.在一些实例中，所述乙酸-乙酸钠缓冲溶液浓度为0.03～0.06 mol/l。这种浓度下，具有较为充分的缓冲能力，可以满足酶解反应的需要。
54.下面结合实例，进一步说明本发明的技术方案。
55.方便比例起见，以下实例中所用甘蔗渣原料经风干、搓丝、粉碎处理后，其粒径《1mm，其组分质量含量主要为纤维素40.2%，半纤维素21.5%，木质素25.2%；所使用的纤维素酶为赛力二代纤维素酶。
56.酶解液中葡萄糖含量用高效液相色谱法测定分析。
57.实施例1s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.005mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
58.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达26.5%和35.4%，纤维素的保留率达99.6%。
59.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
60.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为54.66％。
61.实施例2s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.01mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
62.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达50.8%和45.2%，纤维素的保留率达98.9%。
63.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
64.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为69.84％。
65.实施例3s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
66.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达83.2%和71.4%，纤维素的保留率达95.0%。
67.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
68.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为89.25％。
69.实施例4
s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.05mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
70.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达94.9%和78.3%，纤维素的保留率达93.1%。
71.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
72.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为86.60％。
73.实施例5s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中130℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
74.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达43.1%和41.6%，纤维素的保留率达97.3%。
75.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
76.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为55.98％。
77.实施例6s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中180℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
78.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达95.6%和78.8%，纤维素的保留率达85.8%。
79.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
80.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为83.70％。
81.实施例7s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到20分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
82.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达87.0%和72.8%，纤维素的保留率达92.3%。
83.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
84.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为87.03％。
85.实施例8s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到30分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
86.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达88.3%和76.4%，纤维素的保留率达89.3%。
87.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入20fpu的纤维素酶和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
88.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为87.77％。
89.实施例9s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
90.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达83.2%和71.4%，纤维素的保留率达95.0%。
91.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入10fpu的纤维素酶、50mg/g 吐温80和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时和72小时后分别取出1ml样品并进行灭活处理。
92.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分别为86.21％和92.66%。
93.实施例10s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
94.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达83.2%和71.4%，纤维素的保留率达95.0%。
95.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入10fpu的纤维素酶、60mg/g 茶皂素和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时和72小时后分别取出1ml样品并进行灭活处理。
96.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分别为88.63％和94.07%。
97.实施例11s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
98.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达83.2%和71.4%，纤维素的保留率达95.0%。
99.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入10fpu的纤维素酶、60mg/g bsa和100ml的
ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时和72小时后分别取出1ml样品并进行灭活处理。
100.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分别为89.87％和93.59%。
101.实施例12s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入50%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
102.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达87.4%和67.8%，纤维素的保留率达96.3%。
103.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入10fpu的纤维素酶、60mg/g 茶皂素和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时和72小时后分别取出1ml样品并进行灭活处理。
104.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分别为88.58％和91.05%。
105.实施例13s1. 向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10ml的比例，加入40%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/l乙醇水溶液的cucl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。
106.对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率分别可达91.5%和69.8%，纤维素的保留率达97.2%。
107.s2. 取2克(以绝干计)预处理残渣，加入10fpu的纤维素酶、60mg/g 茶皂素和100ml的ph＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时和72小时后分别取出1ml样品并进行灭活处理。
108.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分别为86.59％和91.07%。
109.对比例1对照组为蔗渣原料在160℃和10min下不加入cucl2的乙醇水溶液进行的预处理，对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率仅为22.4%和31.8%，纤维素的保留率达99.7%。纤维素酶酶解条件与上述实施例1一致。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
110.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为48.62％。
111.对比例2对照组为蔗渣原料在160℃和10min下加入0.025mol/l的fecl3的乙醇水溶液进行的预处理，对预处理残渣进行组分分析可知，半纤维素和木质素的去除率为91.1%和55.2%，纤维素的保留率为91.8%，木质素的去除率较低。酶解条件与上述实施例1一致。酶解进行72小时后取出1ml样品并进行灭活处理。
112.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为91.15％。
113.对比可知：
1)cucl2的浓度偏低(0.005 m)或偏高(0.1 m)，难以有效去除半纤维素和木质素，但是相应的，其对纤维素的破坏也较少。
114.2)160～180℃下，可以更为有效去除半纤维素和木质素，同时处理时间短，对纤维素的损伤较少。
115.3)0.025～0.050 mol/l的cucl2可以很好的促进去除半纤维素和木质素，同时纤维素的保留率也较为理想。
116.4)从甘蔗渣中分离纤维素优选的条件为：保温温度为：160～180℃，保温时间10～20 min，cucl2的浓度0.025～0.050 mol/l。
117.5)乙醇水溶液的浓度可以根据应用的不同进行相应的选择，为了更好地去除半纤维素，可以使用浓度为40～50%(v/v)的乙醇水溶液，而要同时去除半纤维素和木质素，更高浓度的乙醇水溶液是更佳的选择，50～60%(v/v)的乙醇水溶液是较佳的选择。更高浓度的乙醇水溶液可能更有利于去除木质素。
118.本发明的预处理方法在预处理阶段加入cucl2，纤维素酶酶解葡萄糖得率均有不同程度的提升。在预处理条件为160℃，10min，0.025 mol/l cucl2条件下，酶解葡萄糖得率达到最大。在酶解阶段加入吐温80、茶皂素、bsa，在10 fpu酶负载酶解24小时的葡萄糖产率即可达到在20fpu酶负载酶解72小时的水平。说明添加剂的加入可以减少酶用量，缩短反应时间，节约酶解成本。
119.以上是对本发明所作的进一步详细说明，不可视为对本发明的具体实施的局限。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的简单推演或替换，都在本发明的保护范围之内。