本发明属于生物降解，具体涉及一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法。
背景技术：
1、生物质类农业废弃物，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，具有丰富的生物质资源潜力。通过没救农业废弃物中的纤维素、半纤维素，可以高效地转化为葡萄糖、木糖等成分，这些糖类不仅是食品工业的重要原料，也是重要的化工原料，可用于生产各种化学品和材料。农业废弃物酶解技术的应用前景十分广阔，不仅有助于推动可再生能源的发展，还能促进农业副产品的高值化利用，同时对环境保护和农业可持续发展具有重要意义。
2、尽管生物质类农业废弃物具有巨大的生物质转化潜力，但在实际应用中，其酶解产糖效率受到多种因素的限制。生物质类农业废弃物中的纤维素被半纤维素和木质素紧密包裹，导致酶难以有效接触和作用于纤维素，从而限制了酶解效率。因此，预处理是提高农业废弃物酶解效率的关键步骤，它通过改变农业废弃物的结构，使纤维素和半纤维素更容易被酶水解。为了提高酶解效率，研究者们探索了多种预处理技术，包括碱催化、有机溶剂处理、水热法处理等。这些预处理方法旨在破坏农业废弃物中的复杂结构，增加纤维素的暴露程度，减少酶解过程中的抑制物生成，并提高酶的可及性。尽管已有预处理技术能够在一定程度上改善农业废弃物的酶解效率，但仍存在一些不足。例如，高温高压的预处理条件可能导致设备成本高、能耗大和原料损失；此外，预处理后的酶解产糖效率和糖化产物的质量仍有待提高。碱性试剂预处理方法主要由于其较强的预处理效果和相对简单的工艺方案，已成为最可行的工艺方案之一。碱性预处理的主要特点是它选择性地去除木质素而不降解碳水化合物，增加孔隙率和表面积，从而增强酶的水解，提高酶解产率。
3、专利cn202211685645.4公开了一种提高秸秆酶解效率的方法，该方法通过结合特定的金属盐和有机溶剂对秸秆进行预处理，接着在酶解过程中引入特定的表面活性剂聚乙二醇8000(peg 8000)，与金属盐共同作用，显著提高了秸秆的酶解效率，然而，该方法使用的有机溶剂可能会对环境造成影响，同时在回收和再利用方面增加了工艺的复杂性，并且可能会存在溶剂残留问题对后续发酵造成负面影响。
4、专利cn201911017844.6公开了一种秸秆预处理改善酶解糖化效果的方法，该方法通过使用低共熔溶剂(des)和koh溶液进行处理，可以有效改善纤维素酶水解效率低的问题，减少纤维素酶的用量，并提高还原糖的转化效率，但该方法可能会增加预处理的成本。并且，该方法涉及多个步骤，增加了操作的复杂性和时间要求，在工业规模化生产中可能会遇到技术和经济的挑战。
5、高固含量酶解通过增加底物的固体含量来提高酶解效率和产物浓度。这种方法能够显著提高单位设备的生产效率，减少能耗和生产成本，具有产品浓度高、能源成本低等优点，是利用木质纤维素生物质高效生产可发酵糖的一种有前途的方法。但是在高固含量酶解的过程中，随着底物浓度的增加，反应体系的粘度提高，会出现传质和搅拌困难。shi等人提出，充分的预混能够提高木质纤维素在高固含量下的酶解效率(chemical engineeringjournal.2022,444,136612.)，他们在30％固载量下利用周期性振动预混合，经过72小时酶解后的葡糖糖转化率比摇床预混合组高55.75％，比未预混合组高59.91％，有效解决了高固体条件下酶解过程中酶、产物和底物均匀混合的问题，为本发明提出的间歇式机械搅拌酶解提供了理论基础。
6、机械酶解通过机械力和酶的生物催化作用能够用于降解生物质材料。在这个过程中，酶可以促进大分子的降解，使其更容易分解成较小的分子，而机械力可以通过磨切割力等破坏生物质的结构，改变生物质的物理化学特性。机械搅拌能够显著改善玉米秸秆的流变特性和糖产量，使其在高固体载量下进行酶解成为可能(biotechnol biofuels.2020,13,77.)。搅拌通过降低体系粘度和屈服应力，可在高固体负荷下实现生物质高效水解，减小颗粒尺寸，有助于提高生物质可及性，加速其降解，产生高浓度的可发酵糖，这对于生物质制糖工业生产至关重要。
7、总之，未来的生物质降解技术将朝着环境友好、经济高效、操作简便的方向发展。高固酶解反应避免使用大量水以及有机溶剂，能够在高固载量下进行，相比于传统稀溶液酶解方法，生产效率更高。因此，将碱预处理与高固酶解法结合起来能够进一步扩大其各自的优势，实现更高效的转化。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种提高秸秆降解效率的高固含量酶解方法。该方法采用碱法进行预处理，间歇式机械搅拌进行酶解，通过碱处理破坏生物质中的木质素结构，增加纤维素的可及性，机械搅拌进一步通过物理方式破坏纤维素的晶体结构，提高酶的可接触面积，从而提高酶解效率。
2、具体的技术方案如下：
3、一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，包括如下步骤：加入碱性试剂对农业废弃物进行预处理，对预处理后的农业废弃物洗至中性，烘干后与纤维素酶及水混合，进行搅拌处理，随后置于烘箱中进行静态孵化，期间搅拌与静态孵化交替进行，酶解过程完成后，通过离心、测定分离所得上清液中糖类含量。
4、进一步地，农业废弃物为生物质类原料，包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、稻壳、竹叶、笋壳和甘蔗渣。
5、进一步地，加入碱性试剂前，先将农业废弃物在电热恒温鼓风干燥箱内干燥处理使其含水量＜8％，干燥后采用高速粉碎机粉碎并过50-100目筛网。
6、进一步地，碱性试剂为氨水、caco3、mgco3、naoh、koh或naco3，优选为naoh。
7、进一步地，碱性试剂的质量浓度为1-10％，优选为2％，农业废弃物和碱性试剂的固液质量比为1:10-40，在40-90℃下处理1-6h，优选为80℃处理2h。
8、进一步地，纤维素酶的酶活为2000fpu/ml，纤维素酶相对于农业废弃物的添加量为10-60u/g，优选为40u/g，水相对于农业废弃物的添加量为1-10μl/mg，优选为4μl/mg。
9、进一步地，采用搅拌机对农业废弃物进行酶解，搅拌机的转速为100-800rpm，优选为500rpm，机械搅拌和静态孵化交替进行，总酶解时常为6-60h，优选为48h。
10、本发明的有益效果在于：
11、1)酶解效率高：碱法预处理可以有效地破坏生物质中的木质素结构，增加纤维素的可及性，机械搅拌进一步通过物理方式破坏纤维素的晶体结构，提高酶的可接触面积，从而提高酶解效率和还原糖的产量；
12、2)降低酶用量：通过碱法预处理，生物质的结构被有效打开，使得酶能够更容易地接触到纤维素，减少酶的用量，降低生产成本；
13、3)溶剂用量少：酶解过程无需使用大量溶剂，减少了废液的后处理成本；
14、4)改善流变特性：碱法预处理和机械搅拌可以显著降低生物质浆料的粘度和屈服应力，改善其流变特性，使得在高固体载量下进行酶解成为可能，同时保持良好的混合和传质效果。
1.一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，其特征在于，包括如下步骤：加入碱性试剂对农业废弃物进行预处理，对预处理后的农业废弃物洗至中性，烘干后与纤维素酶及水混合，进行搅拌处理，随后置于烘箱中进行静态孵化，期间搅拌与静态孵化交替进行，酶解过程完成后，通过离心、测定分离所得上清液中糖类含量。
2.如权利要求1所述的一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，其特征在于，农业废弃物为生物质类原料，包括玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、稻壳、竹叶、笋壳和甘蔗渣。
3.如权利要求1所述的一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，其特征在于，加入碱性试剂前，先将农业废弃物在电热恒温鼓风干燥箱内干燥处理使其含水量＜8％，干燥后采用高速粉碎机粉碎并过50-100目筛网。
4.如权利要求3所述的一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，其特征在于，碱性试剂为氨水、caco3、mgco3、naoh、koh或naco3。
5.如权利要求4所述的一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，其特征在于，碱性试剂的质量浓度为1-10％，农业废弃物和碱性试剂的固液质量比为1:10-40，在40-90℃下处理1-6h。
6.如权利要求1所述的一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，其特征在于，纤维素酶的酶活为2000fpu/ml，纤维素酶相对于农业废弃物的添加量为10-60u/g，水相对于农业废弃物的添加量为1-10μl/mg。
7.如权利要求1所述的一种提高农业废弃物降解效率的高固含量酶解方法，其特征在于，采用搅拌机对农业废弃物进行酶解，搅拌机的转速为100-800rpm，机械搅拌和静态孵化交替进行，总酶解时常为6-60h。
