多步酶解提高木质纤维素糖化得率的方法技术

一种多步酶解提高木质纤维素糖化得率的方法，主要步骤如下：1)木质纤维原料的预处理；2)经预处理后的木质纤维素中分步或同步加入一种或几种生物降解酶，脱除原料中的抽出物成分或木质素，改变原料的纤维结构；3)将酶解脱除抽出物或木质素后的木质纤维素分步或同步加入一种或几种半纤维素降解酶，提取原料中的戊糖；4)过滤步骤3酶解后的纤维残渣，加入纤维素酶和/或纤维二糖酶继续水解，得到葡萄糖水解液。本发明专利技术实现了各种组分分别回收，提高了总还原糖得率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维素酶解领域，具体地涉及一种通过多步酶解以提高木质纤维素糖化得率的方法。
技术介绍
木质纤维原料是自然界中极为丰富的可再生资源，如果木质纤维素能被很好的利用，将很大程度上降低化工原料及汽车燃料的成本。然而迄今为止，人们对木质纤维原料的利用却很不充分。这是因为木质纤维原料中不仅含有纤维素和半纤维素，还含有一定量的木质素及少量的果胶质、淀粉、树脂、萜烯类化合物等，这些成分紧密结合在一起，对外界环境具有很强的抵抗力，阻碍糖苷酶接近纤维，限制了纤维素成分的水解糖化过程。另一方面，随着酶解反应的进行，还原糖浓度逐渐增加，酶解产物的抑制作用增强，从而影响还原糖的得率。为了提高木质纤维原料的利用率，已经展开了一系列关于木质纤维预处理及耦合酶解的研究，并取得了一定研究进展。如近期公开的CN101117777A、CN101255479A、 CN101230546A, CNlOl 182551A等涉及了酸、碱、氧化各种处理纤维原料的方法，专利 CN101501205A、CN101285106A, CN101381754A也提到了在预处理过的纤维原料中加入木聚糖酶、纤维素酶及纤维二糖酶，通过之间的协同作用提高了还原糖的得率。但随着还原糖浓度的增加，产物的抑制作用也越专利技术显，并且这些酶协同作用的产物不仅有葡萄糖，还有一定的戊糖，而戊糖很难同葡萄糖一起发酵利用，影响了原料的利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以克服现有预处理酶糖化工艺的不足。为实现上述目的，本专利技术提供的，是先以生物酶促进原料的预处理过程，然后把半纤维素和纤维素分步酶解分别提取戊糖和葡萄糖的多步酶解提高还原糖得率的方法，其具体步骤如下(1)采用稀酸、碱、蒸汽爆破、热水、氨爆、二氧化碳爆破或化机浆法中的一种或几种对木质纤维原料进行预处理；(2)经预处理后的木质纤维素分步或同步加入果胶酶、脂肪酶、淀粉酶、漆酶等生物降解酶的一种或几种，加入量为100 600U/g，在底物质量百分比浓度为2% 12%，酶解pH值3 7，温度30 55°C，反应时间12 48h，分一步或多步酶解预处理后的木质纤维素，以脱除原料中的抽出物成分或木质素；(3)将酶解脱除抽出物或木质素后的木质纤维素分步或同步加入木聚糖酶、阿拉伯糖苷酶、葡萄糖苷酶、甘露糖苷酶、乙酯酶、葡萄糖醛酸酶等半纤维素降解酶的一种或几种，加入量为100 600U/g，在底物质量百分比浓度为2 % 12%，酶解PH值3 7，温度 40 55°C，反应时间M 72h，分一步或多步水解原料中的半纤维，分别提取各种戊糖。(4)过滤酶解后的纤维残渣，加入纤维素酶、纤维二糖酶200 750U/g，在底物质量百分比浓度为2% 12%，酶解pH值3 7，温度40 55°C，反应时间40 72h条件下继续水解，得到葡萄糖水解液。其中，步骤(2) (4)根据木质纤维原料的不同，可以为其中的任意两步或选其中的任意两种或多种酶以任意组合形式进行分步酶解。相对已有技术，本专利技术具有如下优点1)木质纤维原料可以先在较温和的条件下预处理，然后通过加入果胶酶、脂肪酶、 淀粉酶、漆酶等生物降解酶来脱除原料中剩余的抽出物成分和木质素，这样既能提高纤维素的酶解得率，也减少发酵抑制物的生成量。2)同过半纤维和纤维素的分步酶解，既能达到五碳糖和六碳糖的分别提取和利用 (如木糖用来制取木糖醇、发酵丁醇等)，解决两种糖共发酵制取乙醇难的问题，也会降低同步酶解时产物浓度过高对酶解反应的抑制作用，提高原料的利用率。具体实施例方式下面结合实例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例所表述的范围。实施例1把经过蒸汽爆破预处理的玉米秸秆(处理条件为粉碎到0. 5cm以下的秸杆，在蒸汽压力1.9MPa，保压7min后瞬间爆破)，分成两步酶解，第一步酶解条件为底物浓度 10 %，加入山东泽生生物科技有限公司生产的ZSL型木聚糖酶200ug/g，柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节PH值4. 8，50°C水浴摇床内放置48h，酶解完成后过滤分离得第一步水解糖液，剩余残渣进行第二步酶解。第二步酶解条件为底物浓度10%，加入诺维信的纤维素酶 300FPU/g、纤维二糖酶20IU/g，使用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH值4. 8，继续在50°C 水浴摇床内反应48h，过滤得第二步酶解糖液。两步酶解总还原糖得率之和为28. 95% (对底物)。取经过同样预处理的玉米秸秆，在底物浓度10%，同步加入山东泽生生物科技有限公司生产的ZSL型木聚糖酶200ug/g、诺维信的纤维素酶300FPU/g、纤维二糖酶20IU/g， 使用柠檬酸_柠檬酸钠缓冲溶液调节PH值4. 8，在50°C水浴摇床内反应96h，过滤得一步酶解的糖液，还原糖得率为22. 39 (对底物)。则两步酶解相对一步酶解的总还原糖得率提高 29. 3%。实施例2把经过0. 5%硫酸在120°C处理Ih的木薯渣，分两步酶解，第一步酶解条件为底物浓度4%，加入大连英斯特生物技术有限公司生产的果胶酶ΙΟΟμ g/g，木聚糖酶720U/g， 柠檬酸_柠檬酸钠缓冲溶液调节PH值4. 8，50°C水浴摇床内放置48h，酶解完成后过滤分离得第一步水解糖液，剩余残渣进行第二步酶解。第二步酶解条件为底物浓度4%，加入诺维信的纤维素酶350FPU/g、纤维二糖酶15IU/g，使用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH值 4. 8，继续在50°C水浴摇床内反应48h，过滤得第二步酶解糖液。两步酶解总还原糖得率之和为29. 12% (对底物)。而按照以上同样步聚，只是第一步酶解时未加入果胶酶，其它条件和以上相同，则两步酶解总还原糖得率之和为26. 68%。添加果胶酶的两步酶解得率比未添加时的酶解得率高9. 1%。取经过同样预处理的木薯渣，在底物浓度4%，同步加入大连英斯特生物技术有限公司生产的木聚糖酶720U/g、诺维信的纤维素酶350FPU/g、纤维二糖酶15IU/g，使用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节PH值4. 8，在50°C水浴摇床内反应96h，过滤得一步酶解的糖液，还原糖得率为22. % (对底物)。则相同条件下两步酶得率比一步酶解的总还原糖得率提高19. %。添加果胶酶的两步酶解得率相比一步酶解的总还原粮得率更是提高了 30. 6%。实施例3把经过0. 4%硫酸在150°C处理30min的玉米秸秆，分两三步酶解，第一步酶解条件为底物浓度8 %，加入大连英斯特生物技术有限公司生产的漆酶25U/g，在pH值为4. 8、 65°C条件下反应他。第一步酶解后的纤维残渣，加入木聚糖酶650U/g进行第二步酶解。 酶解条件为PH值4. 8、50°C，反应时间40h。第二酶解完成后过滤分离得到半纤维素水解糖液，剩余残渣进行第三步酶解。第三步酶解条件为底物浓度8%，加入诺维信的纤维素酶370FPU/g、纤维二糖酶20IU/g，使用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH值4. 8，继续在 50°C水浴摇床内反应48h，过滤得纤维素酶解糖液。半纤维素和纤维素的还原糖得率之和为29. 46% (对底物)。而按照以上同样方法，不加漆酶进行两步酶解的总还原糖得率为 26. 84%。添加漆酶的三步酶解得率比只使用木聚糖酶和纤维素酶进行两步酶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多步酶解提高木质纤维素糖化得率的方法，主要步骤如下：１）木质纤维原料的预处理；２）经预处理后的木质纤维素中分步或同步加入一种或几种生物降解酶，脱除原料中的抽出物成分或木质素，改变原料的纤维结构；３）将酶解脱除抽出物或木质素后的木质纤维素分步或同步加入一种或几种半纤维素降解酶，提取原料中的戊糖；４）过滤步骤３酶解后的纤维残渣，加入纤维素酶和／或纤维二糖酶继续水解，得到葡萄糖水解液。

【技术特征摘要】
1.一种多步酶解提高木质纤维素糖化得率的方法，主要步骤如下1)木质纤维原料的预处理；2)经预处理后的木质纤维素中分步或同步加入一种或几种生物降解酶，脱除原料中的抽出物成分或木质素，改变原料的纤维结构；3)将酶解脱除抽出物或木质素后的木质纤维素分步或同步加入一种或几种半纤维素降解酶，提取原料中的戊糖；4)过滤步骤3酶解后的纤维残渣，加入纤维素酶和/或纤维二糖酶继续水解，得到葡萄糖水解液。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述木质纤维素为玉米秸秆、麦草、稻草、木薯渣或木材；以重量百分比计，纤维原料含有半纤维素20% 35%、纤维素35% 45%和木质素15% 25%，其余为杂质。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中的木质纤维原料预处理方法包括酸处理、碱处理、热水处理、蒸汽爆破、氨气爆破、二氧化碳爆破、化学机械法中的一种或几种组合。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟新东，王海松，刘超，孙伟，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：95