一种提高木质纤维素糖化率的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高木质纤维素酶解糖化的方法，是在木质纤维素酶解过程中，加入脂肽，所述脂肽的序列为C

A method to improve the saccharification rate of lignocellulose

【技术实现步骤摘要】
一种提高木质纤维素糖化率的方法
本专利技术属于生物质能源
，具体涉及一种提高木质纤维素糖化率的方法。
技术介绍
作为丰富廉价的可再生资源，纤维素是自然界含量最丰富的生物质之一，占全球生物质总量的50%，每年全球绿色植物体光合作用产生的干物质可达1.55×1011吨，包括农林业废弃物、废纸、能源作物等，而目前大部分未利用而丢弃，其中碳水化合物含量高达75%，可以作为可发酵糖的重要来源生产液体燃料和其它化学品。随着石油资源的短缺以及人们对能源、环境问题重视程度的日益提高，利用纤维素生物质为原料，转化为可代替化石能源的生物质能源，已成为当今的科学研究热点，也是缓解能源危机与环境污染的有效途径之一。目前木质纤维素原料的主要利用途径为纤维素和半纤维素水解产生还原糖，还原糖经过发酵产生乙醇和丁醇等生物能源产品，或者乳酸、柠檬酸等化学品，因此木质纤维素的水解糖化是其利用的关键环节。纤维素酶可以在较低温下、高度专一地对纤维素进行水解，通过酶将固体纤维转变为可溶性糖，由于酶解反应糖损耗低、副产物少、条件温和，是木质纤维素被彻底降解而不会对环境造成污染的一条有效途径，因此备受关注，是目前采用较多的一种方法。然而，由于木质纤维素结构复杂，细胞壁中的半纤维素和木质素通过共价键连接形成复杂的网络结构，纤维素镶嵌其中，纤维素的晶体结构使其在常温下性质稳定而不易发生水解，使得木质纤维素酶解效率不高，高的纤维素转化率要求较高的酶负荷，使得生产过程不够经济。提高纤维素酶解效率的方法有多种，一是对原料预处理，如酸、碱、高温、蒸汽爆破等预处理来降低木质纤维素中半纤维素和木质素对水解的影响，但预处理后的木质纤维素中仍然存在木质素，其对纤维素酶的无效吸附会导致纤维素酶解效率降低；二是选择高活性的纤维素复合酶和水解条件，但成本加大；三是在酶解体系中加入可促进酶解的助剂，如表面活性剂以及牛血清白蛋白（BSA），其能够提高木质纤维素酶解效果，降低木质素对酶的无效吸附，从而可以减少酶用量。Li等（ColloidsandSurfacesB：Biointerfaces，2012，89(1)：203-210）研究发现当PEG4000添加量为2%，底物浓度50g/L，纤维素酶ACCELLERASE1000酶加量25mg/g纤维素时，纤维素的转化率增加了22%。Brethauer等（BioresourceTechnology，2011，102(10)：6295-6298）研究了在不同反应条件下BSA对微晶纤维素和玉米秸秆酶解的影响，实验证实，BSA通过减少外切酶的失活和促进底物粒度、结晶度减小两种方式促进酶解，在摇瓶中酶解72h，两种底物的酶解产率提高26%。CN107177645A公开了一种利用两性表面活性剂促进木质纤维素酶解的方法，以C8H18(CH3)2N+(CH2)OSO3-等作为酶解助剂，对纯纤维素的酶解没有抑制作用，可以使木质纤维素酶解糖化得率提高13.7~72.1%。综上所述，助剂的添加可以提高木质纤维素酶解效果，降低木质素对酶的无效吸附，从而可以减少酶用量。因此，在不改变反应条件下，建立高效、绿色化技术和方法将是未来纤维素水解研究的重要研发方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的酶解效率低及可发酵糖浓度低的问题，本专利技术提供了一种提高木质纤维素糖化率的方法。本专利技术方法采用脂肽作为酶解助剂，提高了酶解效率和可发酵糖浓度。本专利技术提供的提高木质纤维素糖化率的方法，包括以下内容：在木质纤维素酶解过程中，加入脂肽，所述脂肽的序列为CnKK-NH2，Cn代表疏水烷基链，n可以取14-18中的至少一种，K代表赖氨酸。本专利技术中，所述脂肽可以直接加入到酶解体系中，也可以先加入到缓冲液中再加入酶解体系中。脂肽加入量为酶解体系质量的0.02%-0.30%，优选0.06%-0.20%。进一步地，优选将脂肽先加入到缓冲液中，脂肽在缓冲液中的浓度为0.5-2.5g/L，优选1-2g/L。所述缓冲液优选柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，缓冲液的pH值为4.0-6.0，优选4.6-5.6。本专利技术中，所述脂肽包含一个疏水烷基链和两个亲水的赖氨酸，序列碳端氨化，疏水烷基链来源于脂肪酸，如可以是单一脂肪酸或混合脂肪酸，优选大豆油酸、棉油酸等植物油脂肪酸。所述脂肽可以利用多肽微波合成仪自行合成或通过商业途径获得。本专利技术中，所述的木质纤维素原料为含有纤维素、半纤维素和木质素的秸秆、木屑或能源植物等，优选玉米秸秆。在酶解前需要进行预处理，所述预处理可以采用一切可提高木质纤维素酶解性能的物理、化学和热化学处理技术，包括机械粉碎、辐射、微波、酸处理、碱处理、蒸汽爆破预处理和溶剂预处理，或采用上述方法的组合预处理等，优选采用蒸汽爆破预处理。具体过程如下：将切碎的木质纤维素原料通入到蒸汽爆破装置，在160-210℃下维持5-10min，瞬间泄压释放，即得到蒸汽爆破预处理的玉米秸秆。预处理后的原料配制成干物质浓度（木质纤维素占酶解体系的质量分数）为5wt%-15wt%，优选5wt%-10wt%的料液。本专利技术中，所述酶解过程中加入的纤维素酶可以是一切能能够降解纤维素的单一酶或者复合酶，如可以是内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡聚糖苷酶等中的一种或几种，具体如商业化纤维素酶如诺维信纤维素酶，黑曲霉AspergillusnigerT2所产酶（CN101899398A），绿色木霉TrichodermavirideF4所产酶（CN105647813A），里氏木霉Trichodermareesei所产酶（CN103740678A），斜卧青霉菌（Penicilliumdecumbens）Gi31-2所产酶（CN101845399A）等中的一种或几种。纤维素酶的加入量为5-25IU/g木质纤维素，优选10-20IU/g木质纤维素。本专利技术中，所述酶解的pH为4.5-5.5，酶解温度为40-60℃，优选45-55℃；酶解时间24-72h，优选36-48h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：（1）本专利技术提出了利用脂肽作为酶解助剂的纤维素酶解方法，提高了酶解效率和可发酵糖浓度，且助剂使用量少。（2）脂肽作为酶解助剂可以有效降低纤维素酶的无效吸附，作为蛋白可以与纤维素酶产生协同效应促进酶解，同时对于后续发酵过程也是有益的。具体实施方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术提高木质纤维素糖化率的方法和效果。实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均从常规生化试剂商店购买得到。本专利技术实施例使用的木质纤维素原料为玉米秸秆，其中纤维素38.2wt%，半纤维素22.1wt%，木质素20.2wt%，灰分3.9wt%，用粉碎机粉碎至颗粒大小为1-5厘米。预处理采用中性蒸汽爆破预处理，具体过程为：将木质纤维素原料粉碎至0.5-5厘米，加入2-4倍质量的自来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高木质纤维素糖化率的方法，其特征在于包括以下内容：在木质纤维素酶解过程中，加入脂肽，所述脂肽的序列为C

【技术特征摘要】
1.一种提高木质纤维素糖化率的方法，其特征在于包括以下内容：在木质纤维素酶解过程中，加入脂肽，所述脂肽的序列为CnKK-NH2，其中Cn代表疏水烷基连，n取14~18中的至少一种，K代表赖氨酸。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述脂肽直接加入到酶解体系中，或者先加入到缓冲液中再加入酶解体系中。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：脂肽加入量为酶解体系质量的0.02%-0.30%，优选0.06%-0.20%。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：将脂肽加入到缓冲液中，脂肽在缓冲液中的浓度为0.5-2.5g/L，优选1-2g/L。


5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于：所述缓冲液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，缓冲液的pH值为4.0-6.0，优选4.6-5.6。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述木质纤维素为含有纤维素、半纤维素和木质素的秸秆、木屑或能源植物，优选玉米秸秆；木质纤维素在酶解前进行预处理，预处理采用机械粉碎、辐射、微波、酸处理、碱处理、蒸汽爆破预处理和/或溶剂预处理，或者采用上述方法的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蒙，张全，高慧鹏，关浩，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11