对木质纤维生物质进行处理以增加材料的酶和发酵工艺可达到性。可达到性是通过使用超声和/或微波和/或冷等离子体对生物质进行物理预处理而增加的。物理处理使生物质的蜡质角质层降解，从而促进纤维素和半纤维素的酶可达到性，用于转化为营养学和化学或生物燃料工业中可利用的物质。这些物理处理改进了纤维素和半纤维素的酶可达到性，从而增强了向多种可进行进一步加工的原料的转化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】植物生物质的处理 本专利技术涉及使用声处理对木质纤维材料的处理的改进。
技术介绍
木质纤维素是植物细胞壁的主要构造部分。木质纤维生物质由三种主要结构聚合物形成约30%-40%纤维素(ー种葡萄糖的高度结晶的、线性均聚物)；20%-30%半纤维素(一种无定形分枝杂聚物，它包括戊糖(例如木糖和阿拉伯糖)和己糖(主要是甘露糖));以及5%-30%木质素(一种复杂的交联多酚聚合物)。该木质素进ー步与纤维素和半纤维素交联，在后两种组分周围形成一个物理密封，该物理密封具高度疏水性并且对溶液和酶的渗透是不透的。许多植物(例如麦秸)还包含显著数量的蜡(按重量计约1%)，它存在于植物材料的外层(角质层)上蜡通常包括主要是长链脂肪酸与脂肪醇、烷烃以及固醇的混合物。蜡质角质层在底层木质纤维素结构的表面上形成一个鲁棒的疏水性外皮。对生物质的预处理导致木质纤维结构脱蜡和广泛的物理和化学改性，这对于改进生物质对酶促水解的敏感性是 必需的。有效利用木质纤维生物质的ー个关键挑战是需要脱木质化(和脱蜡)来増加纤维素和半纤维素的酶可达到性。草本生物质(其中大于90%包含木质纤维素)的世界产量每年达约2000亿吨(林(Lin)和田中(Tanaka)，2006,从生物质资源进行こ醇发酵现状和目U景(Ethanol iermentationfrom biomass resources:current state and prospects),应用微生物与生物技术(Appl Microbiol Biotechnol) 69，627-642)。根据粮食与农业组织(Foodand Agriculture Organisation),草本废物(例如来自油籽、种植作物以及豆类作物)的全年量达每年将近10亿吨(库哈德(Kuhad)和辛格(Singh)，2007木质纤维素生物技术未来前景(Lignocellulose Biotechnology, FutureProspects) ,1. K.国际出版社(1. K.1nternational Publishing House),新德里(New Delhi),印度(India))。包含木质纤维的生物质的利用不足是由于木质纤维材料的复杂结构，该结构具有高生物学稳定性并且抗酶促降解。近年来已检验使用超声来加工植物材料。超声预处理产生空化，该空化破坏组织结构，并且使蜡质表面剥离/降解。已研究在木质纤维生物质中使用超声来改进木质素-纤维素-半纤维素相互作用的破坏，并且改进木质纤维材料对生物降解的敏感性。因超声预处理所致的表面积和孔隙体积增加已显示可改进提取物的产率并且缩短提取时间。声处理还对糖化具有有利影响，并且已经报道可因微流效应而降低酶需求并且增加酶促反应速率。脱木质化当前涉及使用有毒化学品或/和苛刻条件(例如强碱/浓硫酸、硝基苯氧化、ニ价铜(II)氧化、亚硫酸盐/亚硫酸氢盐、过氧化物)，这获得的成功有限。对使用热化学方法来脱木质化的一个替代方案是经常与其他エ艺组合使用生物催化剂(如真菌漆酶和过氧化酶)。这些真菌来源的酶能够通过它作为碳源和能源的用途而降解木质素。这些真菌对木质素的选择性降解留下结晶纤维素，它具有漂白了的外观，经常被称为“白腐”。白腐真菌是担子菌类，ー种占三分之一以上真菌物种的多样真菌门，包括食用菌类、植物病原体(如黑穗病和锈病)、菌根以及机会性人类病原体。使用新兴加工技术(例如超声、高压、蒸汽、超临界ニ氧化碳以及微波)来处理生物质对当前所用的程序提供了一个有吸引力的替代方案。生物质加工领域的相关现有技术包括下列德瓦尔特(Deswarte)等人2006，使用CO2从麦秸中分馏有价值的蜡产物(Thefractionation of valuable wax products from wheat straw usingCOo；,绿色化字(Green Chem) 8:39-42。利用超临界ニ氧化碳充分地提取研磨过的麦稻(0. 5_5mm粒度范围)。蜡的提取效率在约100分钟之后是99. 9%。美国专利6333181描述使用超声(2_200kHz，10-30分钟)，通过破坏木质纤维素的结晶结构来增强木质纤维素废料(例如植物残体、废纸)的酶促降解，用于生产こ醇。纤维素酶需求有效降低三分之一到二分之一。 美国专利7101691在处理谷类的若干不同阶段中使用声处理来提取并且发酵淀粉。美国专利7504245描述使生物质在发酵之前亦或之后经历ー个或多个超声换能器(产生3kW功率并且在至少17kHz的频率下操作)，以促进木质素从纤维素中物理分离或去除以便生产醇。库马尔(Kumar)等人在线(online)，エ业与工程化学研究(Ind EngChem Res)do1:10. 1021/ie801542g应用脉冲电场预处理以使木质纤维生物质(例如柳枝稷)具渗透性。马哈木尼(Mahamuni)，2009,使用高频超声来强化酶促纤维素水角早(丄ntensific&tion of enzymatIc cellulose hydrolysis using highfrequencyultrasound)，美国化学工程师学会(The American Institute ofChemicalEngineers), 2009 年年会，11 月 8-13 日,纳什维尔(Nashville),田纳西州(TN)。雷温(Revin)等人，2005，废弃植物原料的生物转化方法(Methodof bio-conversion ofwaste vegetable raw material )，RU2255979。使预研磨过的植物原料在真菌(豹斑革耳(Panus tigrinus))存在下经受超声(22_24kHz, 10_15min)。孙(Sun)和汤姆金森(Tomkinson)，2002，通过传统和超声辅助提取从麦稻中获得的半纤维素的表征(Characterization of nemicellulosesobtained by classicaland ultrasonically assisted extractions from wheatstraw),碳水化合物聚合物(Carbohydrate Polymers) 50:263-271。使粉碎的经过溶剂脱腊的麦稻粉末经受超声。孙等人，2004，来自甘蔗渣的纤维素的分离和表征(Isolationandcharacterization of cellulose from sugarcane bagasse),聚合物降角军与稳定性(Polymer Degradation and Stability) 84:331-334。在不同的化学品存在下对经过脱腊的甘蔗渣进行超声处理以改进纤维素和半纤维素提取。托马(Toma)等人2001在溶剂提取期间超声对植物组织的影响的研究investigation of the effects oi ultrasound on vegetal tissues durmgsolventextraction),超声化学(Ultrasonics Chem) 8:137-142。使用超声(200kHz)以通过粒度减小来增加酶可达到的表面积。 托马(Toma本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.01 AU 20109028961.一种加工木质纤维生物质的方法，其中将该植物生物质浸于一个水浴中或使它具有充足水分，然后用声学能量进行处理，接着用多种适当酶或真菌提取物进行培育，其中该声学处理包括i)施加一个低频超声持续至少300秒 )在该低频处理之后亦或与该低频处理同时施加一个中等高频超声持续至少300秒2.如权利要求1所述的方法，其中这些真菌提取物是来自黄孢原毛平革菌和/或毛栓菌/变色栓菌。3.如权利要求1或2所述的方法，该方法包括在该酶培育期间施加一个中频超声持续至少300秒。4.如权利要求3所述的方法，其中该低频是从10到60kHz，该中等高频是高于200kHz， 并且该中频是从60到120kHz。5.如权利要求4所述的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽·安·奥古斯丁，杰弗里·约翰·杜姆斯戴，雷蒙德·莫森，克里斯廷·默里·奥利弗，劳伦斯·大卫·麦尔登，
申请(专利权)人：联邦科学与工业研究组织，
类型：
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