一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法、废液的应用与流程

本发明涉及生物质应用领域，特别是一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法、废液的应用。

背景技术：

1、植物纤维素是自然界中最丰富的可再生有机资源之一，广泛存在于农作物秸秆、林业废弃物及草本植物中。其主要由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子聚合物交织而成，三者之间通过共价键、氢键及范德华力等相互作用形成复杂的超分子结构，使得植物细胞壁具备高度的抗降解性。在植物纤维素的综合利用过程中，如何高效、温和地将木质素与半纤维素从纤维素基质中选择性溶出，同时保持纤维素纤维的结构完整性与聚合度，一直是该领域的研究重点。现有技术中，常见的木质素脱除方法包括碱法蒸煮、酸水解及有机溶剂处理等，上述方法虽在一定程度上可实现木质素的溶出，但普遍存在反应条件剧烈、化学品消耗量大、纤维素降解严重以及废液处理成本高等问题。

2、针对上述问题，研究者尝试将化学预处理与生物酶解相结合，以期通过预处理破坏木质素与半纤维素之间的交联结构，提高后续酶解的可及性。例如，采用稀碱溶液对植物纤维素进行预处理，可在一定程度上溶出木质素并膨胀纤维素纤维，从而提升酶解效率。然而，传统碱处理过程中产生的强碱性废液不仅对环境造成较大负担，其后续处理亦增加了整体工艺的成本与复杂度。此外，预处理后体系中残留的碱液若不加以有效中和或调控，将直接影响后续酶解过程中酶制剂的活性稳定性，进而制约两步工艺的衔接效率。因此，开发一种能够在温和条件下实现木质素与半纤维素协同溶出，同时兼顾废液资源化利用的集成工艺，具有重要的理论意义与应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法、废液的应用，通过物理粉碎、含氮源碱液预处理与生物酶解的三级协同作用实现木质素与半纤维素的高效溶出，并将分离废液经微生物发酵转化为生物有机肥原料，从而实现植物纤维素组分的分级提取与废液的全量化资源利用。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法，至少包括：

3、s1、物理预处理：将植物纤维素物料进行粉碎与柔丝处理，以增大其比表面积；

4、s2、含氮源碱液预处理：将s1所得物料置于含氮源的碱液中，在初始ph值为8.5-9.5、温度70-85℃的条件下处理40-60分钟，使木质素与半纤维素发生溶出，并将反应体系的出口ph值控制为6.5-7.5；

5、s3、生物酶解：向s2所得反应体系中加入酶制剂，在60-80℃下酶解36-48小时，进一步降解残余的半纤维素及木质素-碳水化合物复合体；

6、s4、液固分离：对s3所得酶解产物进行固液分离，获得纤维素浆料。

7、其中，s2步骤中所述含氮源的碱液，其碱源选自纯碱或石灰，氮源选自尿素、铵盐或有机氮源中的一种或其组合，体系含氮量为8-12g/l。

8、其中，s3步骤中所述酶制剂为至少包括纤维素酶和半纤维素酶的复合酶制剂。

9、其中，s3步骤中所述酶制剂的添加量占反应体系总质量的0.8-1.2%(w/v)。

10、其中，s4步骤中所述液固分离采用螺旋压榨机、板框压滤机或离心机中的至少一种进行。

11、本发明了还公开了一种植物纤维素提取废液的应用，所述植物纤维素提取废液为上述方法中s4步骤液固分离所得的液相，将所述废液接种微生物菌剂进行发酵，制备生物有机肥原料，至少包括：

12、s5、微生物菌剂准备：配制微生物菌剂，所述微生物菌剂以芽孢杆菌为主要功能菌，辅以酵素菌和放线菌，有效活菌数≥1×108cfu/ml；

13、s6、接种发酵：将s5所得微生物菌剂按废液体积的5-10%接种至所述废液中，在28-37℃条件下好氧或兼性厌氧发酵3-7天；

14、s7、产物获得：收集s6所得发酵产物，即为生物有机肥原料。

15、其中，s5步骤中所述酵素菌为酵母菌与乳酸菌的复合菌群。

16、其中，所述生物有机肥原料的有效活菌数≥0.20亿/g，有机质含量≥40%。

17、本发明具有以下有益效果：

18、1.本发明通过物理粉碎、含氮源碱液预处理与生物酶解的三级协同作用，实现了植物纤维素中木质素与半纤维素的高效溶出，所得纤维素浆料的纤维素含量≥90.2%，杂质含量≤4.8%，纤维聚合度≥1100，得率≥82%；同时将分离废液经微生物发酵转化为生物有机肥原料，有效活菌数≥0.20亿/g，有机质含量≥40%，实现了废液的全量化资源利用，避免了传统工艺中废液排放造成的环境污染。

19、2.经过合理的设计，本发明将含氮源碱液预处理与生物酶解工艺通过出口ph精准控制实现无缝衔接，减少了酸碱中和剂的用量，保护了后续酶制剂的活性；同时，预处理阶段引入的氮源在废液发酵工段被再次利用，免除了额外补氮的成本。整体工艺步骤简洁，设备占地面积小，综合能耗降低约20-30%，吨产品综合成本降低约25%，具有良好的工业化推广前景。

1.一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法，其特征在于，至少包括：

2.如权利要求1所述的一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法，其特征在于，s2步骤中所述含氮源的碱液，其碱源选自纯碱或石灰，氮源选自尿素、铵盐或有机氮源中的一种或其组合，体系含氮量为8-12g/l。

3.如权利要求1或2所述的一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法，其特征在于，s3步骤中所述酶制剂为至少包括纤维素酶和半纤维素酶的复合酶制剂。

4.如权利要求3所述的一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法，其特征在于，s3步骤中所述酶制剂的添加量占反应体系总质量的0.8-1.2%(w/v)。

5.如权利要求4所述的一种植物纤维素中木质素与半纤维素的协同溶出方法，其特征在于，s4步骤中所述液固分离采用螺旋压榨机、板框压滤机或离心机中的至少一种进行。

6.一种植物纤维素提取废液的应用，其特征在于，所述植物纤维素提取废液为权利要求1-5任一项所述方法中s4步骤液固分离所得的液相，将废液接种微生物菌剂进行发酵，制备生物有机肥原料，至少包括：

7.如权利要求6所述的一种植物纤维素提取废液的应用，其特征在于，s5步骤中所述酵素菌为酵母菌与乳酸菌的复合菌群。

8.如权利要求6所述的一种植物纤维素提取废液的应用，其特征在于，所述生物有机肥原料的有效活菌数≥0.20亿/g，有机质含量≥40%。