一种促进木质纤维素酶解糖化的方法技术

本发明专利技术涉及一种促进木质纤维素酶解糖化的方法，先将毛发浸泡在85～95℃的醋酸溶液中，调节pH值为6～7，过滤，滤液干燥得毛发蛋白粉；接着将木质纤维素生物质粉碎过筛，得到木质纤维素生物质粉；将木质纤维素生物质粉浸泡于去离子水中，进行辐照处理；分离出辐照处理后的木质纤维素生物质粉并加入柠檬酸‑柠檬酸钠缓冲液混合均匀，得到混合溶液，再向混合溶液加入纤维素酶和毛发蛋白粉，得到酶解液；酶解液在30～45℃进行酶解反应3～24h，完成促进木质纤维素的酶解糖化。本发明专利技术通过辐照处理改变木质纤维素的结构，利于酶解糖化，采用毛发蛋白粉为酶解助剂，降低木质素对纤维素酶的非特异性吸收，可在更短的时间内达到更高的效率。

Method for promoting hydrolysis and saccharification of lignocellulose

The invention relates to a method for promoting cellulose saccharification, the hair soaked in 85 ~ 95 DEG C acetic acid solution, the pH value is adjusted to 6 ~ 7, filtration, filtrate dry hair protein powder; then the lignocellulosic biomass by crushing and sieving, lignocellulose raw material powder; lignocellulose biomass powder is soaked in deionized water, irradiation treatment; separation of lignocellulosic biomass powder irradiated and mixed with citric acid sodium citrate buffer uniform, get mixed solution, adding cellulose enzyme and hair protein powder to get mixed solution, enzymolysis liquid; liquid at 30 to 45 DEG C for enzymatic hydrolysis 3 ~ 24h enzyme, promote complete enzymatic saccharification of lignocellulose. The present invention by irradiation changes the structure of lignocellulose, for enzymatic saccharification, the hair protein powder as the enzyme additives, reduce nonspecific absorption of lignin cellulose, can achieve higher efficiency in a shorter period of time.

【技术实现步骤摘要】
一种促进木质纤维素酶解糖化的方法
本专利技术属于木质纤维素酶解领域，具体涉及一种促进木质纤维素酶解糖化的方法。
技术介绍
我国是农业大国，木质纤维素资源丰富，高效开发该类可再生资源是缓解能源危机的有效手段，也对减轻环境污染具有重要意义。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，性质稳定，较难降解，若无有效的预处理方法破坏其结构则很难直接被利用。另一方面，预处理后生物质的水解糖化又是木质纤维素资源利用过程中的关键环节，在众多水解方法中，酶解因其特有优势如彻底、副产物少、条件温和、环保、糖损耗低等被广泛应用。但由于纤维素酶寿命短、活性低、稳定性差等缺陷，导致木质纤维素酶解糖化率低、成本高。为了解决上述问题，国内外学者展开了大量的研究。例如在柠檬酸质量分数为20％，固液比为1:20，微波功率600W，处理时间8min，酶水解96h，水稻秸秆的还原糖产率可达50.6％，提高了28.1％，见木质纤维素微波强化预处理方法的初步研究，黄美子等，现代化工，2016，36，9；通过固液比1:10(g/mL)0.5％的硫酸溶液，在80℃下预浸20min后，然后以2℃/min的速率升温至150℃，并保温1h，对毛竹竹黄木质素进行预处理，预处理后用蒸馏水将样品洗涤至中性，60℃烘干，用粉碎机磨碎至0.18～0.83mm的粉末，经过上述预处理后，竹黄木质素结构得到了显著改善，见稀硫酸预处理对毛竹竹黄木质素结构的影响，黄曹兴，林业工程学报，2016，1，1；此外，Zhang通过白腐菌联合碱预处理强化杨木的酶解糖化作用，效果也较显著，ZhangLiming,etal.,IndustrialCropsandProducts,2016,86。综上所述，这些方法均在一定程度上改善木质纤维素生物质的结构，提高了木质纤维素的酶解效率，但是操作程序复杂不易控制、处理成本较高，同时纤维素酶的活性也并没有显著提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用伽马辐照预处理联合毛发蛋白为酶解助剂促进木质纤维素酶解糖化的方法，克服现有技术糖化率低、酶活性差、成本高、不易操作等缺陷。本专利技术的技术方案是：包括以下步骤：1)将毛发浸泡在85～95℃的醋酸溶液中，然后调节pH值为6～7，过滤，滤液干燥得毛发蛋白粉；2)将木质纤维素生物质粉碎过筛，得到木质纤维素生物质粉；将木质纤维素生物质粉浸泡于去离子水中，进行辐照处理；3)分离出辐照处理后的木质纤维素生物质粉并加入柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液混合均匀，得到混合溶液，再向混合溶液中加入纤维素酶和毛发蛋白粉，得到酶解液；其中，纤维素酶的添加量为5～15FPU/g木质纤维素生物质粉，毛发蛋白粉和混合溶液的质量体积比为(0.5～2)mg：1mL；酶解液在30～45℃进行酶解反应3～24h，完成促进木质纤维素的酶解糖化。进一步地，步骤1)中毛发采用羊毛或羽毛；毛发先用去离子水清洗除去表面浮杂，烘干后再浸泡于醋酸溶液中；毛发与醋酸溶液的质量体积比为1mg：(1～4)mL。进一步地，步骤1)中醋酸溶液的体积分数为30～50％。进一步地，步骤1)中浸泡30～50min。进一步地，步骤1)中用氨水调节pH值；制得的毛发蛋白粉密封于聚乙烯袋中，4℃贮藏备用。进一步地，步骤1)中滤液于40～60℃干燥2d。进一步地，步骤2)中木质纤维素生物质采用玉米秸秆；过筛采用的40～80目筛网。进一步地，步骤2)中木质纤维素生物质粉与去离子水的质量体积比为(0.5～2)mg：1mL。进一步地，步骤2)中辐照处理是用辐照剂量1～10kGy的伽马射线辐照10～50min。进一步地，步骤3)中每0.5g木质纤维素生物质粉中加入2～5mL柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液；柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的浓度为0.075mol/L，pH值为4.8。本专利技术相对现有技术来说，具有以下有益的技术效果：1、本专利技术通过辐照预处理改变木质纤维素的结构，使结晶度指数(CrI)降低，比表面积(SSA)增加，利于后面的酶解糖化作用，同时简化了生物质的预处理工序与成本。2、本专利技术方法采用毛发蛋白粉为酶解助剂，毛发蛋白的加入通过降低木质素对纤维素酶的非特异性吸收，节省了纤维素酶的用量，通过降低酶的热失活，保证了酶的活性，并通过降低酶与气液界面的接触，避免了纤维素酶的损耗。3、在强化木质纤维素酶解糖化的同时，实现了废弃毛发的资源化利用，减少了环境污染。与辐照与处理配合使用，可在更短的时间内(＜24h)达到更高的效率，而目前的研究均要在90h甚至100h以上才能达到相同高度的酶解率，本方法缩短了反应时间，有效降低了水解单糖因过度水解而造成的损失。本专利技术是一种用辐照预处理，以毛发蛋白为酶解助剂，强化木质纤维素酶解糖化作用的方法。【附图说明】图1是本专利技术实施例1辐照预处理时间对CrI和SSA的影响；图2是本专利技术实施例1酶解时间对还原糖得率的影响；图3是本专利技术实施例2预处理对CrI和SSA的影响；图4是本专利技术实施例2酶解时间对还原糖得率的影响；图5是本专利技术实施例3预处理对CrI和SSA的影响；图6是本专利技术实施例3酶解时间对还原糖得率的影响。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术方法通过如下步骤进行的：1)毛发选取羊毛，用去离子水清洗羊毛除去表面浮杂，烘干，然后按质量体积比为1mg：(1～4)mL，将羊毛浸泡在30～50％(v/v)的醋酸溶液中，在85～95℃处理30～50min。用氨水中和多余的醋酸直至pH值为6～7，过滤，滤液于40～60℃干燥2d得蛋白粉，将制得的毛发蛋白粉密封于聚乙烯袋中，4℃贮藏，备用。2)木质纤维素生物质选择玉米秸秆，首先取一定量的玉米秸秆，挑出异物，将选好的秸秆粉碎过筛(40～80目)，将过筛后的秸秆粉浸泡于去离子水中，质量体积比为(0.5～2)mg：1mL，然后用辐照剂量1～10kGy的伽马射线辐照10～50min；辐照结束后抽滤分离出秸秆粉。3)将步骤2)分离得到的秸秆粉作为底物，取0.5g置于50mL烧瓶中，向其中加入2～5mL0.075mol/L(pH4.8)柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液充分混合，得到混合溶液，然后再分别向烧瓶中加入纤维素酶和毛发蛋白粉，充分混合，其中，纤维素酶添加量为5～15FPU/g底物，毛发蛋白粉和混合溶液的质量体积比为(0.5～2)mg：1mL。酶解反应在恒温震荡培养箱(160r/min)中进行，温度30～45℃，反应时间3～24h。在一定的反应时间间隔后，取出样品进行还原糖与酶活性分析。步骤1)羊毛毛发可用其他动物或飞禽毛发代替，如牛毛、猪毛、鸡毛或其它羽毛等。步骤2)玉米秸秆可用任何木质纤维素生物质代替，如杨木，树叶，蒿杆等。本专利技术技术方法中首先对木质纤维素进行伽马射线辐照与处理，然后用制得的毛发蛋白粉与纤维素酶一起作用于预处理后的样品，具有新颖、独特、效率高、成本低等特点。本方法应用伽马射线辐照预处理联合毛发蛋白作为酶解助剂促进木质纤维素酶解糖化。对于辐照技术，研究发现其在改变物质化学结构方面具有显著效果，且该技术成本低、效果好、易操作；另一方面，毛发蛋白，来源于动物及飞禽废弃毛发，具有天然蛋白质的各种功能特性若将其用作酶解助剂，强化木质纤维素的酶解糖化作用，不仅实现了废弃资源的有效利用，还可降低木质纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进木质纤维素酶解糖化的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将毛发浸泡在85～95℃的醋酸溶液中，然后调节pH值为6～7，过滤，滤液干燥得毛发蛋白粉；2)将木质纤维素生物质粉碎过筛，得到木质纤维素生物质粉；将木质纤维素生物质粉浸泡于去离子水中，进行辐照处理；3)分离出辐照处理后的木质纤维素生物质粉并加入柠檬酸‑柠檬酸钠缓冲液混合均匀，得到混合溶液，再向混合溶液中加入纤维素酶和毛发蛋白粉，得到酶解液；其中，纤维素酶的添加量为5～15FPU/g木质纤维素生物质粉，毛发蛋白粉和混合溶液的质量体积比为(0.5～2)mg：1mL；酶解液在30～45℃进行酶解反应3～24h，完成促进木质纤维素的酶解糖化。

【技术特征摘要】
1.一种促进木质纤维素酶解糖化的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将毛发浸泡在85～95℃的醋酸溶液中，然后调节pH值为6～7，过滤，滤液干燥得毛发蛋白粉；2)将木质纤维素生物质粉碎过筛，得到木质纤维素生物质粉；将木质纤维素生物质粉浸泡于去离子水中，进行辐照处理；3)分离出辐照处理后的木质纤维素生物质粉并加入柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液混合均匀，得到混合溶液，再向混合溶液中加入纤维素酶和毛发蛋白粉，得到酶解液；其中，纤维素酶的添加量为5～15FPU/g木质纤维素生物质粉，毛发蛋白粉和混合溶液的质量体积比为(0.5～2)mg：1mL；酶解液在30～45℃进行酶解反应3～24h，完成促进木质纤维素的酶解糖化。2.根据权利要求1所述的一种促进木质纤维素酶解糖化的方法，其特征在于：步骤1)中毛发采用羊毛或羽毛；毛发先用去离子水清洗除去表面浮杂，烘干后再浸泡于醋酸溶液中；毛发与醋酸溶液的质量体积比为1mg：(1～4)mL。3.根据权利要求1所述的一种促进木质纤维素酶解糖化的方法，其特征在于：步骤1)中醋酸溶液的体积分数为30～50％。4.根据权利要求1所述的一种促进木质...

【专利技术属性】
技术研发人员：相玉琳，卢翠英，王立鹏，相玉秀，王若恺，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61