复合纤维素酶系及其在淀粉燃料乙醇生产中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种采用如下方法制备的复合纤维素酶系，所述方法包括以下步骤：将转化有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶基因和桧状青霉来源的脱氢酶基因的黑曲霉发酵培养获得发酵培养液Ⅰ；将里氏木霉发酵培养获得发酵培养液Ⅱ；以及将发酵培养液Ⅰ与发酵培养液Ⅱ按照一定体积比复配获得复合纤维素酶系。复合纤维素酶系可有效完善里氏木霉酶系，进而有效提高里氏木霉酶系降解结晶纤维素的速度。本发明专利技术还提供了一种复合纤维素酶系的应用，在酵母同步糖化发酵生产淀粉燃料乙醇过程中，添加复合纤维素酶，一方面降低玉米醪液的粘度，另一方面将残余的纤维素和淀粉进一步水解，实现由玉米到燃料乙醇的高效转化，从而为乙醇发酵工业带来显著的经济效益。

Composite Cellulase System and Its Application in Starch Fuel Ethanol Production

The invention discloses a composite cellulase system prepared by the following methods: fermentation culture of Aspergillus Niger transforming ferulase gene from Penicillium albiflorum and dehydrogenase gene from Penicillium albiflorum to obtain fermentation culture medium I; fermentation culture of Trichoderma reesei to obtain fermentation culture medium II; and fermentation culture medium I and fermentation culture. Compound cellulase system was obtained by liquid II compounding according to a certain volume ratio. Compound cellulase system can effectively improve Trichoderma reesei enzyme system, and then effectively improve the rate of degradation of crystalline cellulose by Trichoderma reesei enzyme system. The invention also provides an application of a composite cellulase system. In the process of producing starch fuel ethanol by yeast synchronous saccharification and fermentation, a composite cellulase is added to reduce the viscosity of corn mash, on the other hand, the residual cellulose and starch are further hydrolyzed to realize the efficient conversion from corn to fuel ethanol, thus bringing remarkable economic benefits to the ethanol fermentation industry. Benefit.

【技术实现步骤摘要】
复合纤维素酶系及其在淀粉燃料乙醇生产中的应用
本专利技术涉及乙醇发酵生产
，特别涉及一种复合纤维素酶系及其在淀粉燃料乙醇生产中的应用。
技术介绍
乙醇是重要的大宗化工产品，用途广泛，常用作燃料、溶剂和消毒剂，也用于制取其他化合物。乙醇也是目前全球最大的发酵产品，我国新兴产业发展规划指出，到2020年，生物液体燃料年利用量达到1200万吨。虽然淀粉乙醇发酵的生产工艺已经较为成熟，但其生产过程中还存在问题。玉米燃料乙醇生产工艺中玉米纤维素未被有效利用，玉米淀粉未能充分降解，后期出现糖液粘度大，固形物多等问题，所以酵母的生长和发酵受到严重影响。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种复合纤维素酶系，以完善里氏木霉酶系，进而有效提高里氏木霉酶系降解结晶纤维素的速度。本专利技术还有一个目的是提供一种复合纤维素酶系的应用，在酵母同步糖化发酵生产淀粉燃料乙醇过程中，添加所述复合纤维素酶，一方面降低玉米醪液的粘度，另一方面将残余的纤维素和淀粉进一步水解，实现由玉米到燃料乙醇的高效转化，从而为乙醇发酵工业带来显著的经济效益。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种采用如下方法制备的复合纤维素酶系，所述方法包括以下步骤：将转化有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶基因和桧状青霉来源的脱氢酶基因的黑曲霉按接种量3-5％接种于发酵培养基Ⅱ中发酵培养获得发酵培养液Ⅰ，所述发酵培养液Ⅰ为含有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶和桧状青霉来源的脱氢酶的黑曲霉转化子酶系，以及黑曲霉来源的β-葡萄糖苷酶；将里氏木霉按接种量3-5％接种于发酵培养基Ⅰ中发酵培养获得发酵培养液Ⅱ，所述发酵培养液Ⅱ为含有里氏木霉来源的纤维素酶；以及将所述发酵培养液Ⅰ与所述发酵培养液Ⅱ按照体积比1:7-10复配获得复合纤维素酶系。优选的是，所述黑曲霉转化子酶系与里氏木霉酶系按照体积比1:8.5复配获得复合纤维素酶系。优选的是，所述发酵培养基Ⅰ包括以下组分：硫酸铵2.8g/L，玉米芯50g/L，麸皮30g/L，硫酸镁0.9g/L，氯化钙0.9g/L，磷酸二氢钾4g/L，蒸馏水1L；所述发酵培养基Ⅱ包括以下组分：微晶纤维素33g/L，玉米浆干粉17g/L，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.5％的(NH4)2SO4，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.1％的MgSO4，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.25％的甘油，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.25％的CaCO3，并调节pH为5.0。优选的是，所述里氏木霉发酵培养的条件为：发酵温度为28℃，摇床转速为18rpm，发酵时间为120小时；所述黑曲霉发酵培养的条件为：发酵温度为30℃，培养时间为7天。一种所述的复合纤维素酶系在燃料乙醇生产中的应用。一种淀粉燃料乙醇的发酵生产方法，在酵母同步糖化发酵生产淀粉燃料乙醇过程中，向发酵醪液中添加所述的复合纤维素酶系，添加量为使得所述发酵醪液中所述的复合纤维素酶系的酶活力为20FPU/L-200FPU/L。优选的是，所述的复合纤维素酶系的添加量为使得所述发酵醪液中所述的复合纤维素酶系的酶活力为30-50FPU/L。优选的是，所述的复合纤维素酶系的添加量为使得所述发酵醪液中所述的复合纤维素酶系的酶活力为50FPU/L。优选的是，酵母同步糖化发酵生产乙醇过程，具体包括以下步骤：将0.3g酵母接种于100ml的灭菌的蒸馏水中进行活化处理，获得种子液；将种子液按照体积百分比为1％添加入玉米醪液中，并添加所述复合纤维素酶系后混合均匀进行酵母同步糖化发酵，获得乙醇发酵液；其中，酵母同步糖化发酵条件为：发酵温度为32℃，摇床转速为200rpm，发酵时间为36小时。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术提供的复合纤维素酶系可有效完善里氏木霉酶系，进而有效提高里氏木霉酶系降解结晶纤维素的速度；本专利技术通过在酵母同步糖化发酵生产淀粉燃料乙醇过程中，添加复合纤维素酶，一方面降低玉米醪液的粘度，另一方面将残余的纤维素和淀粉进一步水解，实现由玉米到燃料乙醇的高效转化，从而为乙醇发酵工业带来显著的经济效益。在实际应用中，在复合纤维素酶系最佳用量为50FPU/L条件下，与对照例(未加复合纤维素酶系)相比，乙醇产量提高了13.44％。同时，可以看到乙醇产量提高的同时，醪液中剩余的总糖和粘度也都大幅度下降，比对照例降低64.57％和46.27％。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为以pSIMPLE-19为原始质粒，将桧状青霉来源的阿魏酸酯酶和脱氢酶通过重组酶一步法连入pSIMPLE-19质粒中，构建成功阿魏酸酯酶和脱氢酶的异源表达盒pSIMPLE-19-FAE-SDR的过程示意图；图2阿魏酸酯酶和脱氢酶的异源表达盒pSIMPLE-19-FAE-SDR在黑曲霉中成功表达转化子的凝胶电泳照片；图3阿魏酸酯酶和脱氢酶的异源表达盒pSIMPLE-19-FAE-SDR在黑曲霉中成功异源表达的凝胶电泳照片；图4为根据本专利技术中对同步糖化发酵后的玉米醪液残渣DDGS进行分析中，在平板中经65℃烘干的玉米醪液残渣DDGS的照片，其中，a为未添加所述复合纤维素酶系的玉米醪液残渣，b为添加所述复合纤维素酶系的玉米醪液残渣。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。1、转化有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶基因和桧状青霉来源的脱氢酶基因的黑曲霉的制备方法为：本申请人以pSIMPLE-19为原始质粒，将桧状青霉来源的阿魏酸酯酶和脱氢酶通过重组酶一步法连入pSIMPLE-19质粒中(如图1所示)，构建成功阿魏酸酯酶和脱氢酶的异源表达盒pSIMPLE-19-FAE-SDR并进行琼脂糖凝胶电泳检测(如图2所示)，泳道1-8是脱氢酶和阿魏酸酯酶在黑曲霉中成功表达转化子分子验证，泳道9是pSIMPLE-19质粒的空白对照。其中，阿魏酸酯酶基因序列(多核苷酸序列)如SEQIDNO:1所示：脱氢酶基因序列(多核苷酸序列)如SEQIDNO:2所示。2、将构建成功的阿魏酸酯酶和脱氢酶的异源表达盒pSIMPLE-19-FAE-SDR，在黑曲霉中完成异源表达，并进行琼脂糖凝胶电泳检测(如图3所示)，泳道1，脱氢酶的表达盒，泳道2，阿魏酸酯酶表达盒，泳道3，脱氢酶-阿魏酸酯酶表达盒。3、本申请中所应用的醪液的来源及相关参数。醪液来源，中石油吉林燃料乙醇研究院，是来自淀粉燃料乙醇大生产的原材料。葡萄糖浓度达到200g/L，粘度达到34.8Pa.s。实施例1本专利技术提供一种采用如下方法制备的复合纤维素酶系，所述方法包括以下步骤：将转化有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶基因和桧状青霉来源的脱氢酶基因的黑曲霉按接种量3％接种于发酵培养基Ⅱ中发酵培养获得发酵培养液Ⅰ，所述发酵培养液Ⅰ为含有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶和桧状青霉来源的脱氢酶的黑曲霉转化子酶系，以及黑曲霉来源的β-葡萄糖苷酶；将里氏木霉按接种量3％接种于发酵培养基Ⅰ中发酵培养获得发酵培养液Ⅱ，所述发酵培养液Ⅱ为含有里氏木霉来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用如下方法制备的复合纤维素酶系，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将转化有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶基因和桧状青霉来源的脱氢酶基因的黑曲霉按接种量3‑5％接种于发酵培养基Ⅱ中发酵培养获得发酵培养液Ⅰ，所述发酵培养液Ⅰ为含有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶和桧状青霉来源的脱氢酶的黑曲霉转化子酶系，以及黑曲霉来源的β‑葡萄糖苷酶；将里氏木霉按接种量3‑5％接种于发酵培养基Ⅰ中发酵培养获得发酵培养液Ⅱ，所述发酵培养液Ⅱ为含有里氏木霉来源的纤维素酶；以及将所述发酵培养液Ⅰ与所述发酵培养液Ⅱ按照体积比1:7‑10复配获得复合纤维素酶系。

【技术特征摘要】
1.一种采用如下方法制备的复合纤维素酶系，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将转化有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶基因和桧状青霉来源的脱氢酶基因的黑曲霉按接种量3-5％接种于发酵培养基Ⅱ中发酵培养获得发酵培养液Ⅰ，所述发酵培养液Ⅰ为含有桧状青霉来源的阿魏酸酯酶和桧状青霉来源的脱氢酶的黑曲霉转化子酶系，以及黑曲霉来源的β-葡萄糖苷酶；将里氏木霉按接种量3-5％接种于发酵培养基Ⅰ中发酵培养获得发酵培养液Ⅱ，所述发酵培养液Ⅱ为含有里氏木霉来源的纤维素酶；以及将所述发酵培养液Ⅰ与所述发酵培养液Ⅱ按照体积比1:7-10复配获得复合纤维素酶系。2.如权利要求1所述的复合纤维素酶系，其特征在于，所述黑曲霉转化子酶系与里氏木霉酶系按照体积比1:8.5复配获得复合纤维素酶系。3.如权利要求1所述的复合纤维素酶系，其特征在于，所述发酵培养基Ⅰ包括以下组分：硫酸铵2.8g/L，玉米芯50g/L，麸皮30g/L，硫酸镁0.9g/L，氯化钙0.9g/L，磷酸二氢钾4g/L，蒸馏水1L；所述发酵培养基Ⅱ包括以下组分：微晶纤维素33g/L，玉米浆干粉17g/L，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.5％的(NH4)2SO4，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.1％的MgSO4，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.25％的甘油，占发酵培养基Ⅱ的质量百分含量为0.25％的CaCO3，并调节pH为5.0。4.如权利要求1所述的复合纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：高乐，张东远，陈树林，
申请(专利权)人：中国科学院天津工业生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12