本发明属于木质纤维素资源转化利用及生物炼制，尤其涉及一种生物秸秆的高效预处理方法。
背景技术：
1、由于化石燃料的过度使用和环境污染问题的日益严重，生物质资源利用备受关注。木质纤维素是制造生物能源和生物基化学品最有前景的生物质原料之一，在应对环境挑战方面潜力巨大。然而，木质纤维素的复杂结构导致其难以降解，生物炼制效率较低。现有研究中开发了多种预处理策略，以打破木质纤维素的顽固结构，提高生物精炼效率。其中，无机酸预处理是一种简单高效的方法，但它存在设备腐蚀、反应选择性低以及底物过度降解等缺点。近年来，有机酸被广泛用做木质纤维素预处理催化剂，但没有形成一种济高效的循环利用策略。
2、乳酸是一种常见的有机酸，可以通过微生物发酵葡萄糖或者生物质衍生糖生产。以自产粗乳酸作为催化剂实现生物秸秆高效预处理并实现催化剂循环利用的方法还未见报道。
技术实现思路
1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于自产粗乳酸介导的生物秸秆高效循环预处理方法，旨在解决现有酸预处理方法中催化剂成本高、催化剂用量大、催化剂循环利用性差的突出问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种生物秸秆的高效预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
3、(1)将待处理的生物秸秆和催化剂按照一定固液比混合后进行高温预处理，预处理后固液分离，分别收集预处理残渣和预处理液；
4、(2)将步骤(1)得到的预处理液作为催化剂用于新一轮的生物秸秆的高温预处理，并按照步骤(1)步骤分别收集残渣和处理液，收集得到的处理液循环作为催化剂用于新一轮生物秸秆的预处理；
5、(3)将步骤(1)得到的预处理残渣和/或步骤(2)收集得到的残渣利用纤维素酶进行酶水解，酶水解后固液分离，收集酶解液，所述酶解液一方面用于生产可发酵糖，另一方面用于凝结芽孢杆菌的发酵，得到包含粗乳酸的发酵液；优选地，预处理残渣使用与反应体系等体积清水浸泡1～2小时候后，再用2～3倍体积清水洗涤，用于后续酶水解；
6、(4)所述包含粗乳酸的发酵液一方面用于乳酸生成，另一方面经稀释后直接作为步骤(1)中的催化剂按照步骤(1)-步骤(3)的步骤循环用于新一轮生物秸秆的预处理。
7、具体地，所述生物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯中的任意一种。
8、优选地，步骤(1)中，所述催化剂为低浓度乳酸，所述乳酸浓度为1～5wt％，所述固液比为1:5～1:15(g/g)。更优选地，所述乳酸浓度为2wt％，所述固液比为1:10(g/g)。
9、优选地，所述高温预处理温度为130～190℃，高温预处理时间为30～90min。
10、步骤(2)中，收集的预处理液直接作为催化剂用于新一轮生物秸秆的预处理，循环利用次数≥3；固液比为1:5～1:15(g/g)。优选地，固液比为1:10(g/g)。
11、优选地，步骤(3)中，生成可发酵糖时，酶解底物浓度为40～100g/l，纤维素酶用量为5～15fpu/g底物，酶解温度为45～52℃，酶解转速为100～300rpm，酶解ph为4.8～5.4，酶解时间为12～80h。
12、优选地，步骤(3)中，酶解液用于凝结芽孢杆菌发酵时，在酶解液中加入0.5～2g/l酵母提取物、0.5～3g/l玉米浆干粉、0.5～2g/l nh4cl和0.1～0.4g/l mgso4，将其ph值调至6.5～7.3，然后加入2～30g/l caco3。
13、优选地，步骤(3)中，凝结芽孢杆菌为保藏编号为cctcc m 2022802的凝结芽孢杆菌。所述凝结芽孢杆菌的详细信息披露于专利202310281343.9中。菌株接种量为1～15％(v/v)，培养温度为45～55℃，培养转速为0～200rpm，培养时间为8～16h。
14、步骤(3)中，发酵所得含粗乳酸的发酵液无需纯化，稀释至步骤(1)所需浓度后直接用于步骤(1)中。
15、在一种实施方式中，步骤(4)中得到的含粗乳酸的发酵液可进一步分离纯化得到乳酸产品
16、有益效果：与现有技术相比，本申请具有如下优点：
17、(1)本方法具有资源利用和循环利用的特征，符合可持续发展原则；
18、(2)预处理所用催化剂无需购买，所用催化剂浓度低，可循环利用，降低成本；
19、(3)利用低浓度的自产粗乳酸或预处理液对生物秸秆进行预处理，纤维素保留率高，酶解得率高，葡萄糖得率不小于90％；自产粗乳酸的预处理效果与商品乳酸的预处理效果一致，预处理液循环利用3次后，预处理效果无明显下降，通过自产催化剂以及催化剂多次循环利用，实现了木质纤维素高效预处理，降低了预处理成本，为木质纤维素资源的生物炼制提供了一种经济高效的预处理方法。
1.一种生物秸秆的高效预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述生物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述催化剂为低浓度乳酸，所述乳酸浓度为1~5wt%，所述固液比为1:5~1:15（g/g）。
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述高温预处理温度为130~190℃，高温预处理时间为30~90 min。
5.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤（2）中，收集的预处理液直接作为催化剂用于新一轮生物秸秆的预处理，循环利用次数≥3；固液比为1:5~1:15（g/g）。
6.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤（3）中，生成可发酵糖时，酶解底物浓度为40~100 g/l，纤维素酶用量为5~15 fpu/g底物，酶解温度为45~52℃，酶解转速为100~300 rpm，酶解ph为4.8~5.4，酶解时间为12~80 h。
7.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤（3）中，酶解液用于凝结芽孢杆菌发酵时，在酶解液中加入0.5~2 g/l酵母提取物、0.5~3 g/l玉米浆干粉、0.5~2 g/lnh4cl和0.1~0.4 g/l mgso4，将其ph值调至6.5~7.3，然后加入2~30 g/l caco3。
8.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤（3）中，凝结芽孢杆菌保藏编号为cctcc m 2022802，接种量为1~15%（vv），培养温度为45~55℃，培养转速为0~200 rpm，培养时间为8~16 h。
9.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤（3）中，发酵所得含粗乳酸的发酵液无需纯化，稀释至步骤（1）所需浓度后直接用于步骤（1）中。
10.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤（4）中得到的含粗乳酸的发酵液可进一步分离纯化得到乳酸产品。
