一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用纖維素酶對(duì)于預(yù)處理過的纖維素進(jìn)行水解獲取纖維素水解糖的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著不可再生資源的日益枯竭，學(xué)術(shù)界在新能源方面的研宄重點(diǎn)開始向 可再生資源，例如植物纖維，非糧作物淀粉等。而使用纖維素酶解制取纖維素水解糖，并對(duì) 其進(jìn)行后應(yīng)用逐漸成為研宄熱點(diǎn) 目前使用纖維素酶解制備水解糖進(jìn)行發(fā)酵主要的難點(diǎn)有二個(gè)： 1、目前，發(fā)酵工業(yè)上使用的成熟的菌種大多無法代謝五碳糖，而纖維素水解液中含有 至少20%的五碳糖，因此大大降低了纖維素水解液在發(fā)酵工業(yè)上的使用效率。
[0003] 2、纖維素進(jìn)行酶解時(shí)使用的纖維素酶成本很高。即便是對(duì)纖維素進(jìn)行了預(yù)處理， 例如，酸解，堿解，蒸汽爆破等手段，都無法將其含有的木質(zhì)素全部去除，而木質(zhì)素對(duì)于纖維 素的吸附作用很大，使得體系中真正與纖維素接觸的纖維素酶大大降低。
[0004] 為解決上述問題，有文獻(xiàn)使用tween20, tween80等表面活性劑將殘余木質(zhì)素表面 吸附活性中心封閉，可以大大降低纖維素水解時(shí)使用的酶的用量。而且盡管表面活性劑使 用量比較高，但是其比較廉價(jià)，因此處理成本增加很少。
[0005] 然而，如果將使用過表面活性劑的纖維素水解糖溶液進(jìn)行發(fā)酵后做后處理時(shí)，會(huì) 遇到較大的麻煩。目前發(fā)酵的后處理工藝多采用微濾，超濾，納濾等膜工藝進(jìn)行提純，而膜 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)理決定其對(duì)表面活性劑比較敏感，表面活性劑可以引起膜通量下降，甚至發(fā) 生堵塞等情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種使用纖維素酶制備纖維素水 解糖的方法，在添加纖維素酶之前加入乳清蛋白等活性物，可以起到預(yù)先填充木質(zhì)素活性 中心的作用，能夠大量降低纖維素酶的加入，整個(gè)體系中未含有表面活性劑，經(jīng)過上述方式 處理的纖維素水解糖液可以使用在生物發(fā)酵體系中，降低了處理成本，提高了纖維素水解 糖的產(chǎn)量。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0008] -種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其制備方法如下： (1)纖維素原料的預(yù)處理： ① 按1:18~1 :22的質(zhì)量比稱取纖維素原料和摩爾濃度為1%的氫氧化鈉水溶液； ② 將纖維素原料在110_130°C的氫氧化鈉水溶液中浸泡1-3小時(shí)； ③ 浸泡結(jié)束后，將纖維素原料取出，使用去離子水清洗纖維素原料直至PH為6. 8-7. 2， 再加入有機(jī)酸將纖維素原料的PH值調(diào)整至4. 0-4. 5后得到纖維素初級(jí)料； ④ 在纖維素初級(jí)料中加入活性物，在38-40°C的溫度下混合反應(yīng)2小時(shí)以上，即可得纖 維素最終料，所述活性物的質(zhì)量為纖維素原料質(zhì)量的0. 01%-0. 05%，所述活性物為分子量在 8000~110000道爾頓的蛋白混合物； (2)將纖維素酶加入纖維素最終料中進(jìn)行水解，水解時(shí)間為45-50小時(shí)，即可得到纖維 素水解糖，所述纖維素酶的質(zhì)量為纖維素原料質(zhì)量的5%。
[0009] 上述一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其中，所述纖維素原料包括玉 米秸桿、稻谷秸桿、甘蔗渣、水萌蘆。
[0010] 上述一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其中，所述活性物的質(zhì)量為纖 維素原料質(zhì)量的0. 3%-0. 5%。
[0011] 上述一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其中，所述蛋白混合物按質(zhì)量 百分比計(jì)由以下組分組成： a-乳清蛋白 0.1-1% 牛血清白蛋白 0.1-1% 蛋白胨 98-99.8%。
[0012] 纖維素酶在纖維素水解中的作用機(jī)理已基本明晰，既然木質(zhì)素對(duì)于纖維素酶吸附 對(duì)于纖維素酶解的整個(gè)過程而言屬于無效吸附，那么如果使用一些與纖維素酶類似的物質(zhì) 首先填充木質(zhì)素的吸附活性中心，再加入纖維素酶就可以降低無效吸附的比例，從而相當(dāng) 于提高了纖維素酶與纖維素接觸的比例。
[0013] 纖維素酶主要是一些蛋白類物質(zhì)，主要的組成結(jié)構(gòu)與其他的蛋白品種不同，但是 能夠起到吸附作用的官能團(tuán)是完全相同的，因此，必須篩選一些與纖維素酶分子量大致相 同，性質(zhì)接近的蛋白物質(zhì)可以替代纖維素酶被吸附。
[0014] 研宄中發(fā)現(xiàn)，纖維素酶構(gòu)成物質(zhì)的分子量從8000道爾頓到11萬道爾頓，經(jīng)過篩選 和混配，使用本發(fā)明的活性物可以模擬纖維素酶的構(gòu)成。
[0015] 本發(fā)明的活性物主要的蛋白質(zhì)成分有a-乳清蛋白，蛋白胨、牛血清白蛋白，整體 分子量的范圍也是從8000到11萬道爾頓。
[0016] 實(shí)驗(yàn)證明，在添加纖維素酶之前加入本發(fā)明的活性物，可以起到預(yù)先填充木質(zhì)素 活性中心的作用，能夠大量降低纖維素酶的加入，整個(gè)體系中未含有表面活性劑，經(jīng)過上述 方式處理的纖維素水解糖液可以使用在生物發(fā)酵體系中，降低了處理成本，提高了纖維素 水解糖的產(chǎn)量。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0018] 實(shí)施例一 一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其制備方法如下： (1)原料的預(yù)處理： ① 稱取甘蔗渣烘干后原料50g和摩爾濃度為1%的氫氧化鈉水溶液1000g ; ② 將甘蔗渣原料在120°C的氫氧化鈉水溶液中浸泡2小時(shí)； ③ 浸泡結(jié)束后，將甘蔗渣原料取出，使用去離子水清洗甘蔗渣原料直至PH為7. 0,再加 入檸檬酸將甘蔗渣原料的PH值調(diào)整至4. 5后得到甘蔗渣初級(jí)料； ④ 按質(zhì)量百分比取a -乳清蛋白0. 5%，牛血清白蛋白0. 7%，蛋白胨比例為98. 8%混合 制備成蛋白活性物，在甘蔗渣初級(jí)料中加入蛋白活性物0. 〇25g，在39°C的溫度下混合反應(yīng) 2. 5小時(shí)，即可得甘蔗渣最終料； (2)將纖維素酶2. 5g加入甘蔗渣最終料中進(jìn)行水解，水解時(shí)間為48小時(shí)，即可得到纖 維素水解糖。
[0019] 實(shí)施例二 一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其制備方法如下： (1) 原料的預(yù)處理： ① 稱取玉米秸桿烘干后原料50g和摩爾濃度為1%的氫氧化鈉水溶液1050g ; ② 將玉米秸桿原料在120°C的氫氧化鈉水溶液中浸泡2小時(shí)； ③ 浸泡結(jié)束后，將玉米秸桿原料取出，使用去離子水清洗玉米秸桿原料直至PH為7. 0， 再加入檸檬酸將玉米秸桿原料的PH值調(diào)整至4. 2后得到玉米秸桿初級(jí)料； ④ 按質(zhì)量百分比取a -乳清蛋白0. 5%，牛血清白蛋白1%，蛋白胨比例為98. 5%混合制 備成蛋白活性物，在玉米秸桿初級(jí)料中加入蛋白活性物〇. 〇15g，在40°C的溫度下混合反應(yīng) 3小時(shí)，即可得玉米秸桿最終料； (2) 將纖維素酶2. 5g加入玉米秸桿最終料中進(jìn)行水解，水解時(shí)間為48小時(shí)，即可得到 纖維素水解糖。
[0020] 實(shí)施例三 一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其制備方法如下： (1) 原料的預(yù)處理： ① 稱取稻谷秸桿烘干后原料50g和摩爾濃度為1%的氫氧化鈉水溶液990g ; ② 將稻谷秸桿原料在120°C的氫氧化鈉水溶液中浸泡2小時(shí)； ③ 浸泡結(jié)束后，將稻谷秸桿原料取出，使用去離子水清洗玉米秸桿原料直至PH為7. 0， 再加入檸檬酸將稻谷秸桿原料的PH值調(diào)整至4. 0后得到稻谷秸桿初級(jí)料； ④ 按質(zhì)量百分比取a -乳清蛋白0. 9%，牛血清白蛋白1%，蛋白胨比例為98. 1%混合制 備成蛋白活性物，在稻谷秸桿初級(jí)料中加入蛋白活性物〇. 〇2g，在40°C的溫度下混合反應(yīng)3 小時(shí)，即可得稻谷秸桿最終料； (2) 將纖維素酶2. 5g加入稻谷秸桿最終料中進(jìn)行水解，水解時(shí)間為48小時(shí)，即可得到 纖維素水解糖。
[0021] 下表為實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三、常規(guī)方式制備纖維素水解糖(對(duì)比例一與 對(duì)比例二）制備得到的纖維素水解糖的含量以及纖維素酶的用量對(duì)照表，其中，常規(guī)方式中 所取的纖維素原料質(zhì)量與實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四相同，均為50g。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其特征為，其制備方法如下： 纖維素原料的預(yù)處理： 按1:18~1 :22的質(zhì)量比稱取纖維素原料和摩爾濃度為1%的氫氧化鈉水溶液； 將纖維素原料在110_130°C的氫氧化鈉水溶液中浸泡1-3小時(shí)； 浸泡結(jié)束后，將纖維素原料取出，使用去離子水清洗纖維素原料直至PH為6. 8-7. 2,再 加入有機(jī)酸將纖維素原料的PH值調(diào)整至4. 0-4. 5后得到纖維素初級(jí)料； 在纖維素初級(jí)料中加入活性物，在38-40°C的溫度下混合反應(yīng)2小時(shí)以上，即可得纖 維素最終料，所述活性物的質(zhì)量為纖維素原料質(zhì)量的〇. 〇1%_〇. 05%，所述活性物為分子量在 8000~110000道爾頓的蛋白混合物； 將纖維素酶加入纖維素最終料中進(jìn)行水解，水解時(shí)間為45-50小時(shí)，即可得到纖維素 水解糖，所述纖維素酶的質(zhì)量為纖維素原料質(zhì)量的5%。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其特征為，所述 纖維素原料包括玉米秸桿、稻谷秸桿、甘蔗渣、水萌蘆。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其特征為，所述 活性物的質(zhì)量為纖維素原料質(zhì)量的〇. 3%-0. 5%。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，其特征為，所述 蛋白混合物按質(zhì)量百分比計(jì)由以下組分組成： a-乳清蛋白 0.1-1% 牛血清白蛋白 0.1-1% 蛋白胨 98-99.8%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使用纖維素酶制備纖維素水解糖的方法，在添加纖維素酶之前加入乳清蛋白等活性物，可以起到預(yù)先填充木質(zhì)素活性中心的作用，能夠大量降低纖維素酶的加入，整個(gè)體系中未含有表面活性劑，經(jīng)過上述方式處理的纖維素水解糖液可以使用在生物發(fā)酵體系中，降低了處理成本，提高了纖維素水解糖的產(chǎn)量。
【IPC分類】C12P19-14
【公開號(hào)】CN104846032
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510162833
【發(fā)明人】呂濤
【申請(qǐng)人】鎮(zhèn)江博睿興邦生物科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日