利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法，其步驟為：毛竹研磨成粉烘干，過篩，對(duì)竹粉進(jìn)行有機(jī)抽提，抽提后的竹粉經(jīng)去離子水清洗、自然風(fēng)干后定為原竹粉，作為對(duì)照樣；再經(jīng)過先高溫處理，后微波處理的工藝。經(jīng)過高溫與微波共同處理的竹粉表面的酶附著位點(diǎn)增加且竹粉內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)有所改變，這就使生物酶可以更好的與竹粉接觸并更易進(jìn)入竹粉內(nèi)部，生物酶水解竹粉效率提高，酶用量減少，成本降低。
【專利說明】
利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生物酶對(duì)竹粉的水解，具體為利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法。屬于生物酶水解木質(zhì)纖維素領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]竹子因種植廣泛，生長(zhǎng)周期短，可再生能力強(qiáng)等特點(diǎn)而作為一種資源逐漸被人們研究與應(yīng)用。例如從竹材中獲取的竹纖維具有天然抗菌，防紫外，吸濕快干等優(yōu)點(diǎn)備受人們青睞。目前竹纖維制備方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法及三種方法互相聯(lián)合。為響應(yīng)保護(hù)環(huán)境的號(hào)召，生物酶法成為了制備竹纖維的提倡方法。
[0003]竹材和所有的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)相同，具有纖維素、半纖維素和木質(zhì)纖維素三大部分，且這三種主要物質(zhì)相互間的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。它們互相纏繞的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在使用生物酶水解竹材時(shí)，生物酶很難進(jìn)入竹材內(nèi)部，水解效率難以得到提高。因此，在生物酶水解竹材之前，采用高溫和微波共同處理竹材，以改變竹材結(jié)構(gòu)，提高生物酶的吸附，增加生物酶水解還原糖的產(chǎn)量。
[0004]高溫?zé)崽幚碜鳛橐环N傳統(tǒng)的處理方法，加熱時(shí)采用直接或間接的熱源對(duì)容器內(nèi)的物料進(jìn)行加熱，加熱的效率主要由加熱源的強(qiáng)度、環(huán)境對(duì)流、容器導(dǎo)熱特性和加熱材料的傳導(dǎo)熱的特性決定的。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)在高溫高壓條件下及水環(huán)境中體積得到一定程度的膨脹，水的沸騰以及高溫高壓條件下產(chǎn)生的水蒸氣，將毛竹的分子內(nèi)氫鍵斷裂和超分子結(jié)構(gòu)破壞。竹材體積的膨脹及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變?cè)黾恿松锩傅母街稽c(diǎn)，生物酶水解效率也就會(huì)有相應(yīng)的提尚。
[0005]微波是一種厘米級(jí)的電磁波，又被叫為厘米波，頻率范圍一般為300MHz?300GHz， 一般可以采用2.45GHz進(jìn)行微波處理，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為12.25cm。微波加熱是通過與反應(yīng)體系內(nèi)的極性分子發(fā)生耦合作用，達(dá)到加熱材料的效果，加熱中容器常為玻璃等透波材料，可以形成與傳導(dǎo)加熱相反的溫度梯度。微波預(yù)處理的條件相對(duì)比較溫和，反應(yīng)不需要高溫高壓， 常壓下即可進(jìn)行，相對(duì)的安全系數(shù)比較高，能耗比較小。而且不需要添加化學(xué)試劑，反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，不需要升壓升溫，節(jié)省了成本。經(jīng)微波處理后的竹粉結(jié)構(gòu)蓬松，毛竹內(nèi)的晶質(zhì)與非晶質(zhì)(有序及無序)狀態(tài)的分子的氫鍵斷裂，同時(shí)毛竹粉末溶脹吸水，毛竹內(nèi)部的羥基進(jìn)一步展開，超分子結(jié)構(gòu)被打開，可及度增加，為后續(xù)酶的作用提供了更多的作用位點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明充分利用高溫和微波技術(shù)各自作用于竹粉時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，將兩者結(jié)合共同處理竹粉，以輔助生物酶水解竹粉，提高生物酶水解竹粉效率。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的是為了提供一種利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法。以提高生物酶水解竹粉效率，降低竹纖維生產(chǎn)成本。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法，其步驟為:
[0010](1) 一年生毛竹研磨成粉烘干，過100目篩，用甲苯和乙醇按體積比1:2混合，對(duì)竹粉進(jìn)行有機(jī)抽提，抽提后的竹粉經(jīng)去離子水清洗、自然風(fēng)干后定為原竹粉，作為對(duì)照樣；
[0011](2)高溫處理:將步驟(1)中抽提后的竹粉與去離子水以l:10g/mL的固液比在燒杯中混合，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4 °C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆茫?br>[0012](3)微波處理:稱取一定量的經(jīng)步驟(1)和步驟(2)兩步處理的竹粉置于錐形瓶中， 以1:10?1:50g/mL的固液比加入去離子水，使用微波作用l-35min;微波作用完畢后將竹粉取出，冷卻后經(jīng)去離子水清洗并自然風(fēng)干，置于_4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆?。[〇〇13](4)分別稱取0.05g原竹粉及先高溫后微波處理的竹粉置于容器中，分別加入15U纖維素酶和120U木聚糖酶，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應(yīng)，每個(gè)試驗(yàn)樣需做三組平行試驗(yàn)；
[0014](5)分別于011，211，411，611，811，1011，1211，2411取0.311^反應(yīng)液于離心管中，并經(jīng)10000r/min的離心機(jī)離心5min，置于_4°C冰箱中備用；[〇〇15](6)用移液器取0.2mL離心后的上清液于試管中，加入0.15mLDNS，沸水浴中煮5min，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計(jì)測(cè)520nm波長(zhǎng)下的吸光度值，根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線換算為葡萄糖量;對(duì)比相同纖維素酶與木聚糖酶共同水解條件下，原竹粉及先高溫后微波處理竹粉生成的還原糖量，并計(jì)算酶解效率提高率。[〇〇16]步驟(3)所述的微波處理功率為1?999W。[0〇17]步驟⑶中所述固液比為1:20g/mL。[〇〇18]本發(fā)明的有益效果為:經(jīng)過高溫與微波共同處理的竹粉表面的酶附著位點(diǎn)增加且竹粉內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)有所改變，這就使生物酶可以更好的與竹粉接觸并更易進(jìn)入竹粉內(nèi)部， 生物酶水解竹粉效率提高，酶用量減少，成本降低。纖維素酶與木聚糖酶的同時(shí)作用于竹粉時(shí)，兩種酶具有協(xié)同作用而使生物酶水解效率更高?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的應(yīng)用不僅限于實(shí)施例描述內(nèi)容。
[0020]對(duì)比例1:空白例
[0021]稱取0.05g原竹粉于50mL具塞錐形瓶中，加入15U纖維素酶與120U木聚糖酶，用pH 為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50°C的恒溫震蕩水浴鍋中反應(yīng);分別于Oh，2h，4h， 6h，8h，10h，12h，24h取0.3mL反應(yīng)液于離心管中，經(jīng)10000r/min的離心機(jī)離心5min后置于-4 °C冰箱中備用；用移液器取0.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應(yīng)，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計(jì)測(cè)520nm波長(zhǎng)下的吸光度值，經(jīng)計(jì)算反應(yīng)進(jìn)行24h生成的還原糖量為29.62yg/mL。[〇〇22] 對(duì)比例2:高溫單獨(dú)處理[〇〇23]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以l:10(g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆茫环Q取0.05g經(jīng)高溫處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U木聚糖酶，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應(yīng);分別于Oh，2h，4h，6h，8h，1 Oh，12h，24h 取0.3mL反應(yīng)液于離心管中，經(jīng)lOOOOr/min的離心機(jī)離心5min后置于_4°C冰箱中備用；用移液器取0.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應(yīng)，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計(jì)測(cè)520nm波長(zhǎng)下的吸光度值，經(jīng)計(jì)算反應(yīng)進(jìn)行24h生成的還原糖量為 33.52yg/mL。[〇〇24]對(duì)比例3:微波單獨(dú)處理[〇〇25]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以1:20(g/mL)的固液比加入去離子，將燒杯放入超聲波微波電腦聯(lián)合萃取儀(南京先歐儀器制造有限公司)中，使用390W的微波處理23min。微波作用完畢后，將竹粉取出，冷卻經(jīng)去離子水清洗自然風(fēng)干，置于-4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆谩７Q取 0.05g經(jīng)微波處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U的木聚糖酶，用 pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50°C的恒溫震蕩水浴鍋中反應(yīng)；分別于Oh，2h， 4h，6h，8h，10h，12h，24h取0.3mL反應(yīng)液于離心管中，經(jīng)10000r/min的離心機(jī)離心5min后置于-4°C冰箱中備用；用移液器取0.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min 終止反應(yīng)，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計(jì)測(cè)520nm波長(zhǎng)下的吸光度值，經(jīng)計(jì)算反應(yīng)進(jìn)行24h生成的還原糖量為34.69yg/mL。
[0026]對(duì)比例4:先微波后高溫
[0027]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以1:20(g/mL)的固液比加入去離子，將燒杯放入超聲波微波電腦聯(lián)合萃取儀(南京先歐儀器制造有限公司)中，使用390W的微波處理23min。微波作用完畢后，將竹粉取出，冷卻經(jīng)去離子水清洗自然風(fēng)干，置于-4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆?。稱取一定量的經(jīng)微波處理的竹粉于燒杯中，以1:1 〇 (g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆?。稱取0.05g先經(jīng)微波后經(jīng)高溫處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U的木聚糖酶，用pH為7.0 的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應(yīng);分別于Oh，2h，4h，6h，8h， 10h，12h，24h取0.3mL反應(yīng)液于離心管中，經(jīng)lOOOOr/min的離心機(jī)離心5min后置于-4°C冰箱中備用；用移液器取〇.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應(yīng)，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計(jì)測(cè)520nm波長(zhǎng)下的吸光度值，經(jīng)計(jì)算反應(yīng)進(jìn)行24h生成的還原糖量為39.95yg/mL。[〇〇28]實(shí)施例5先高溫后微波法[〇〇29]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以1:10(g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4 °C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆?。稱取一定量的經(jīng)高溫處理的竹粉于燒杯中，以l:20(g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入超聲波微波電腦聯(lián)合萃取儀(南京先歐儀器制造有限公司)中，使用390W的微波處理23min。微波作用完畢后，將竹粉取出，冷卻經(jīng)去離子水清洗自然風(fēng)干，置于-4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆?。稱取0.05g先經(jīng)高溫后經(jīng)微波處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U的木聚糖酶，用pH為 7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應(yīng);分別于Oh，2h，4h，6h， 8h，10h，12h，24h取0.3mL反應(yīng)液于離心管中，經(jīng)lOOOOr/min的離心機(jī)離心5min后置于_4°C 冰箱中備用；用移液器取〇.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應(yīng)，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計(jì)測(cè)520nm波長(zhǎng)下的吸光度值，經(jīng)計(jì)算反應(yīng)進(jìn)行 24h生成的還原糖量為41.31yg/mL。
[0030]由以上各實(shí)施例對(duì)比可以看出:
[0031](1)從實(shí)施例1和實(shí)施例2的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，經(jīng)過高溫預(yù)處理之后的竹粉經(jīng)纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經(jīng)過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了 13.17%;[〇〇32](2)從實(shí)施例1和實(shí)施例3的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，經(jīng)過微波預(yù)處理之后的竹粉經(jīng)纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經(jīng)過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了 17.12%;[〇〇33](3)從實(shí)施例1和實(shí)施例4的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，經(jīng)過先微波后高溫預(yù)處理之后的竹粉經(jīng)纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經(jīng)過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了34.88% ;[〇〇34](4)從實(shí)施例1和實(shí)施例5的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，經(jīng)過先高溫后微波預(yù)處理之后的竹粉經(jīng)纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經(jīng)過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了39.47% ;[〇〇35]以上各實(shí)施例的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果表明，高溫單獨(dú)預(yù)處理，微波單獨(dú)預(yù)處理，先微波后高溫預(yù)處理及先高溫后微波預(yù)處理對(duì)生物酶(纖纖維素酶+木聚糖酶)水解竹粉均有一定的輔助效果。通過實(shí)施例比較可見:先高溫后微波的預(yù)處理對(duì)生物酶水解有預(yù)料不到的技術(shù)效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法，其特征在于:其步驟為:(1)一年生毛竹研磨成粉烘干，過篩，用甲苯和乙醇按體積比1: 2混合，對(duì)竹粉進(jìn)行有機(jī) 抽提，抽提后的竹粉經(jīng)去離子水清洗、自然風(fēng)干后定為原竹粉，作為對(duì)照樣；(2)高溫處理:將步驟(1)中抽提后的竹粉與去離子水以l:10g/mL的固液比在燒杯中混 合，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆茫?3)微波處理:稱取一定量的經(jīng)步驟(1)和步驟(2)兩步處理的竹粉置于錐形瓶中，以1: 10?l:50g/mL的固液比加入去離子水，使用微波作用l-35min;微波作用完畢后將竹粉取 出，冷卻后經(jīng)去離子水清洗并自然風(fēng)干，置于-4°C冰箱儲(chǔ)存?zhèn)溆茫?4)分別稱取0.05g原竹粉及先高溫后微波處理的竹粉置于容器中，分別加入15U纖維 素酶和120U木聚糖酶，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50°C的恒溫震蕩水浴鍋 中反應(yīng)，每個(gè)試驗(yàn)樣需做三組平行試驗(yàn)；(5)分別于Oh，2h，4h，6h，8h，10h，12h，24h取0.3mL反應(yīng)液于離心管中，并經(jīng) 10000r/min 的離心機(jī)離心5min，置于-4 °C冰箱中備用；(6)用移液器取0.2mL離心后的上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min，加 入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計(jì)測(cè)520nm波長(zhǎng)下的吸光度值，根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線換 算為葡萄糖量;對(duì)比相同纖維素酶與木聚糖酶共同水解條件下，原竹粉及先高溫后微波處 理竹粉生成的還原糖量，并計(jì)算酶解效率提高率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法， 其特征在于:步驟(3)所述的微波處理功率為1?999W。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高溫與微波技術(shù)共同輔助生物酶水解竹粉的方法， 其特征在于:步驟(3)中所述固液比為1:20g/mL。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK105954211SQ201610252036
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】傅佳佳, 杜曉瑩, 張群, 申申, 王鴻博, 高衛(wèi)東
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)