【技术实现步骤摘要】
通过计算机设计发酵过程中酶制剂补料方式的方法及应用
[0001]本专利技术涉及可再生能源和生物工程技术，具体涉及一种通过计算机设计发酵过程中酶制剂补料方式的方法及应用。
技术介绍
[0002]生物乙醇是一种很有前途的液体燃料，可满足不断增长的能源需求和可持续经济，对农村、环境和能源安全产生积极的影响。近几年已开展了大量关于生物乙醇的研究工作，开发出先进的发酵制备技术，以提高整个生物乙醇工艺的经济性和增加盈利能力。然而，该行业仍然迫切需要更高的生物质利用率和乙醇产量。
[0003]在生产生物乙醇过程中，水解是将纤维素类生物质（玉米纤维、玉米秸秆、麦秸、柳枝稷等）转化为乙醇的关键步骤，除了化学物质（主要是酸）的水解作用，酶驱动的生物催化是在相对较低的温度下将纤维素水解为葡萄糖的一种最具潜力的替代方法，也是目前工业生产中最普遍应用的方法，可缓解酸水解遇到的困难。当应用纤维素酶、木聚糖酶、多糖单加氧酶和纤维二糖脱氢酶等多种酶时，水解效率提高，乙醇发酵性能更好。但是，纤维素酶的高成本和组分单一被认为是生物乙醇商业化的瓶颈，而在...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种通过计算机设计发酵过程中酶制剂补料方式的方法，其特征在于，所述酶制剂含有多个酶组分，该方法包括：（1）在所述发酵过程的目标产物存在的条件下，分别测定各个所述酶组分的活性，其中所述目标产物的浓度设置为多个不同的模拟浓度；（2）从蛋白质数据库中获得所述酶组分的晶体结构，选取所述目标产物的模型，进行所述酶组分在所述目标产物的浓度为模拟浓度时的分子动力学模拟；（3）获取不添加所述酶制剂时所述发酵过程中目标产物的浓度值，将步骤（1）得到的活性数据与步骤（2）得到的分子动力学模拟结果相结合，提出各个所述酶组分的补料时间段和补料量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述酶组分的活性测定方法包括：在所述目标产物的浓度为梯度增加的条件下，将含有所述酶组分的溶液、含有该酶组分对应的底物的溶液与缓冲液以相同的比例混合得到混合液，将所述混合液进行相同时间的酶解反应，然后测定所述酶解反应的产物的吸光度值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合液中目标产物的浓度为0
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20体积%，所述酶组分与该酶组分对应的底物的质量比为1：0.04
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50；所述酶解反应的条件包括：温度为40
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60℃，时间为20
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120min；所述吸光度值测定的波长为400
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600nm。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵过程的目标产物为乙醇，所述酶制剂为纤维素酶制剂，多个所述酶组分为外切纤维素酶I、外切纤维素酶II、内切纤维素酶和β
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葡萄糖苷酶；所述外切纤维素酶I对应的底物为4
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硝基苯基
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β
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D
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纤维二糖苷，所述外切纤维素酶II对应的底物为微晶纤维素，所述内切纤维素酶对应的底物为羧甲基纤维素，所述β
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葡萄糖苷酶对应的底物为4
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硝基苯基
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β
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D
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吡喃葡萄糖苷；所述缓冲液为柠檬酸缓冲液。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述分子动力学模拟的过程包括：从蛋白质数据库中获得所述酶组分的晶体结构，选取所述目标产物的模型，利用Gromacs软件模拟基础溶剂系统和共溶剂系统，进行各个所述酶组分的MD模拟分析，获得各个所述酶组分的能量及结构数据，以及所述共溶剂对所述酶组分的活性部位的作用行为；其中，所述共溶剂含有所述目标产物和基础溶剂，所述共溶剂中目标产物的浓度为所述模拟浓度；所述基础溶剂为水，所述共溶剂中目标产物的浓度为0
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20体积%。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，将所述活性数据与所述分子动力学模拟结果相结合的过程包括：（a）通过分析所述酶组分的能量及结构数据，以及所述共溶剂对所述酶组分的活性部位的作用行为，得到所述酶组分的空间分布函数、径向分布函数、基础溶剂化壳层与溶剂
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氨基酸残基接触频率、目标产物层与溶剂
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氨基酸残基接触频率，进而获得所述酶组分在所述共溶剂中的特定指纹谱；（b）根据所述酶组分的特定指纹谱分别进行该酶组分去溶剂化及活性部位去抑制化的设计，结合不添加所述酶制剂时所述发酵过程中目标产物的浓度值与所述模拟浓度相同的
时间点，提出各个所述酶组分的补料时间段和补料量。7.一种生物乙醇的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将淀粉质原料经液化处理形成发酵原料，将乙醇发酵菌种接种至所述发酵原料中，并加入糖化酶、氮源进行同步糖化发酵...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄和，李秀娟，乔杰，王明慧，盛义杰，张立慧，魏珺楠，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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