一种回收溶液中纤维素酶的方法技术

本发明专利技术公开了一种回收溶液中纤维素酶的方法；该方法是将pH响应型木质素两性表面活性剂加入到纤维素酶溶液中溶解，再调节溶液的pH 2.5‑10，使pH响应型木质素两性表面活性剂和纤维素酶同时沉淀析出，通过固液分离回收纤维素酶。本发明专利技术方法首次提出了利用pH响应型木质素两性表面活性剂回收纤维素酶的方法。本发明专利技术方法不仅可以有效地回收溶液中的纤维素酶，操作简单，绿色环保，而且有利于生物质资源的开发利用。

【技术实现步骤摘要】
一种回收溶液中纤维素酶的方法
本专利技术属于木质纤维素酶解
，特别涉及利用pH响应型木质素两性表面活性剂回收溶液中纤维素酶的方法。
技术介绍
木质纤维素生物炼制燃料乙醇是替代汽油有效可行的技术之一。在这一炼制过程中，纤维素酶能否高效水解木质纤维素底物是关键的技术瓶颈。同时，纤维素酶因其具有活力低、耗量大和价格贵等特点，直接阻碍了纤维素乙醇的工业化。实现纤维素酶的高效回收利用是降低生物乙醇成本的重要途径。由于酶解结束后酶解液中的纤维素酶蛋白的浓度一般低于1g/L，且纤维素酶的组分较多，不同组分的酶有不同的等电点(pI)，所以常见的盐析法和等电点沉降法不适合回收酶解液中的纤维素酶。目前，纤维素酶回收利用技术主要有超滤膜回收、纤维素酶的固定化回收和新鲜底物重吸附法回收。超滤膜回收可以同时回收纤维素酶中的各种组分，且可以得到较高纤维素酶回收效率，但是超滤膜回收存在着设备贵、超滤膜易堵塞、操作费时、成本高等问题(BioresourceTechnology,2013.144:186-193.)。纤维素酶的固定化可以保持纤维素酶的稳定且利于纤维素酶的回收利用，但是固定化酶与纤维素之间存在很大的传质障碍，且固定化过程会严重影响酶活，因此目前仅限于纤维二糖酶的固定化回收再用(Nano,2015.10:2153-2157.)。纤维素酶具有高稳定性和对纤维素的强吸附的特性，使得酶通过新鲜底物吸附回收成为降低纤维素酶成本比例的潜在途径，但是添加新鲜底物回收纤维素酶效率较低，操作过程中容易感染杂菌，且该方法无法回收纤维二糖酶(BiotechnolBiofuels,2015.8(1):5.)。木质素是自然界中在数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料，制浆造纸工业每年都会得到5000万吨左右的木质素副产品，但超过95％的木质素仍然主要作为工业制浆的废弃物，造纸黑液的排放不仅造成资源的浪费，同时又污染环境，对其进行综合开发利用对经济的发展和环境保护都具有现实意义。纤维素乙醇工业本身也会产生大量的酶解木质素，若能将其应用于回收纤维素酶将会有巨大的意义。
技术实现思路
为了克服回收溶液中纤维素酶现有技术所存在的成本高和回收效率低等缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种只需要简单的调节pH就可以快速地回收纤维素酶，有利于生物质资源的综合利用的利用pH响应型木质素两性表面活性剂回收溶液中纤维素酶的方法。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种回收溶液中纤维素酶的方法，其特征在于包括以下步骤：将pH响应型木质素两性表面活性剂加入到纤维素酶溶液中溶解，再调节溶液的pH2.5-10，使pH响应型木质素两性表面活性剂和纤维素酶同时沉淀析出，通过固液分离回收纤维素酶。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述pH响应型木质素两性表面活性剂为工业木质素或木质素的衍生物为原料经过化学反应引入阳离子基团和/或阴离子基团得到的具有pH响应的木质素两性表面活性剂，其中阴离子基团为羧基、磺酸基、硫酸基或磷酸基，阳离子基团为季铵基或胺基。优选地，所述工业木质素为碱木质素、有机溶剂木质素或生物质炼制木质素，木质素的衍生物为木质素磺酸盐、木质素羧酸盐、木质素磷酸盐、木质素季铵盐或木质素胺盐。优选地，所述pH响应型木质素两性表面活性剂为磺化季铵化木质素、磺化胺化木质素、硫酸化季铵化木质素、硫酸化胺化木质素、磷酸化季铵化木质素、磷酸化胺化木质素、羧化季铵化木质素或羧化胺化木质素。优选地，所述pH响应型木质素两性表面活性剂中的阴离子或阳离子基团的含量均大于0.3mmol/g木质素。优选地，所述纤维素酶溶液的pH为3.5～7.0，离子强度为0～200mmol/L。优选地，所述纤维素酶为Celluclast1.5L或CellicCTec2。本专利技术对纤维素酶没有特定要求，对于目前普遍使用的Celluclast1.5L和CellicCTec2都可以进行回收。所述纤维素酶溶液中纤维素酶蛋白浓度为50-2000mg/L。优选地，所述的固液分离的方法为自然沉降法、倾析法、过滤法、离心法或这些方法的联合使用。优选地，所述的pH响应型木质素两性表面活性剂与纤维素酶溶液的质量比为0.05-2:100。优选地，回收得到的纤维素酶用于制备纤维素酶溶液。所述的回收的纤维素酶能够也能应用于纤维素或木质素纤维素的水解。本专利技术pH响应型木质素两性表面活性剂可以根据纤维素酶溶液的具体情况进行优选，使其可以溶解在纤维素酶溶液中并通过调节溶液的pH与纤维素酶一起沉淀出来。本专利技术调节溶液的pH值最低不超过2.5，最高不超过10.0。过高和过低的pH值都会导致纤维素酶的失活。调节酶解液体中可能用到的酸为有机酸或无机酸(如盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、乙酸、甲酸、马来酸等)；可能用到的碱为常规的碱(如氢氧化钠，氢氧化钾，氧化钙，氢氧化钙等)。本专利技术的机理为：本专利技术以制浆造纸副产物木质素或酶解木质素为原料，经过化学反应改性成pH响应型木质素两性表面活性剂，使其用于溶液中纤维素酶的回收。由于pH响应型木质素两性表面活性剂的溶解度可以随pH调节，选择合适的pH响应型木质素两性表面活性剂完全溶解于纤维素酶溶液中，当升高或降低溶液的pH时，pH响应型木质素两性表面活性剂析出，由于其与纤维素酶存在一定的相互作用(静电作用、疏水作用、氢键作用)，所以在pH响应型两性表面活性剂析出时会将溶液中的纤维素酶一起沉淀下来。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术用pH响应型木质素两性表面活性剂回收纤维素酶，回收的纤维素酶对微晶纤维素底物的活性可以达到初始纤维素酶活性的41.5-91.6％。(2)本专利技术中回收纤维素酶的操作简单、耗时短、不需要额外的设备，只需要简单的调节pH就可以快速地回收纤维素酶。(3)本专利技术以工业木质素和木质素衍生物为原料，将其应用于纤维素酶的回收，有利于生物质资源的综合利用。附图说明图1(a)是TCSL-N28在纯水中的pH响应情况；(b)是KL-N40在纯水中的pH响应情况。图2是利用pH响应型木质素两性表面活性剂(pH-LAS)回收纤维素酶的操作示意图，实施例均按此操作完成。具体实施方式为更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。下列实施例中所用试剂均可从市场购买得到。实施例中的微晶纤维素型号为PH101(购自西格玛奥德里奇)，纤维素酶是目前被广泛使用的CellicCTec2。实施例水解液中葡萄糖浓度是通过生物传感分析仪(SBA-40E，山东省生物科学研究院)测定的，实施例中微晶纤维素在50℃下水解24h的糖化率代表纤维素酶的活性。实施例涉及到三种pH响应型木质素两性表面活性剂，一种是由磺化木质素(TCSL，湖南通道神华林木有限公司生产)季铵化得到，等电点小于4.0；一种是由碱木质素(KL，湖南湘江纸业有限公司生产)季铵化得到，等电点大于7.0；一种是由木质素磺酸钠(SL，来源于杨木酸性亚硫酸钠造纸废液，由吉林石岘纸业有限责任公司生产)胺化得到，等电点小于4.0。三种pH响应型木质素两性表面活性剂的具体合成方法如下：季铵化磺化木质素(TCSL-Nx)：配制pH＝12的350gTCSL水溶液(TCSL占溶液质量分数为20％)，倒入500mL的三口烧瓶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收溶液中纤维素酶的方法，其特征在于包括以下步骤：将pH响应型木质素两性表面活性剂加入到含有纤维素酶的溶液中溶解，再调节溶液的pH 2.5‑10，使pH响应型木质素两性表面活性剂和纤维素酶同时沉淀析出，通过固液分离回收纤维素酶。

【技术特征摘要】
1.一种回收溶液中纤维素酶的方法，其特征在于包括以下步骤：将pH响应型木质素两性表面活性剂加入到含有纤维素酶的溶液中溶解，再调节溶液的pH2.5-10，使pH响应型木质素两性表面活性剂和纤维素酶同时沉淀析出，通过固液分离回收纤维素酶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述pH响应型木质素两性表面活性剂为工业木质素或木质素的衍生物为原料经过化学反应引入阳离子基团和/或阴离子基团得到的具有pH响应的木质素两性表面活性剂，其中阴离子基团为羧基、磺酸基、硫酸基或磷酸基，阳离子基团为季铵基或胺基。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述工业木质素为碱木质素、有机溶剂木质素或生物质炼制木质素，木质素的衍生物为木质素磺酸盐、木质素羧酸盐、木质素磷酸盐、木质素季铵盐或木质素胺盐。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述pH响应型木质素两性表面活性剂为磺化季铵化木质素、磺化胺化木质素、硫酸化季铵化木质素、硫酸化胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼宏铭，蔡诚，邱学青，李琪，杨东杰，庞煜霞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44