[发明专利]一种纤维素酶水解促进剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种酶水解促进剂，尤其是一种纤维素酶水解促进剂及其应用。

背景技术

在化石能源即将消耗殆尽的今天，开发可再生能源是人类维持社会发展的必然趋势。燃料乙醇的使用能降低化石燃料的用量，减轻日益严重的化石环境污染问题，因此世界各国都在大力开发燃料乙醇生产技术。燃料乙醇作为目前应用最为广泛的可再生机动燃料，其商业化生产主要以淀粉和糖类作物为原料，如世界乙醇产量第一大国（巴西）就以甘蔗作为原料进行生产，美国则以玉米作为原料进行生产。近年来，商业化使用玉米等粮食作物进行生产导致粮食价格的上涨，加剧了世界粮食危机，迫使世界各国提倡以非粮食原料进行燃料乙醇的生产与开发。我国作为人口大国，粮食安全显得尤为重要，因此我国也明确强调开发使用非粮食原料进行乙醇生产。

木质纤维生物质作为地球储量最为丰富的生物质资源，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素通过化学法或者酶法可以降解为单体糖，这些单糖通过微生物酵母发酵可以转化为燃料乙醇。木质纤维原料转化为燃料乙醇过程，因为具有广泛原料来源，工艺环境友好，条件温和，是目前世界研究开发热点。木质纤维原料具有比淀粉类原料更为复杂的结构，纤维素被半纤维素和木质素包裹着，这种结构使得木质纤维原料具有更高的稳定性和抗生物降解性。实现生物转化首先要先将纤维素和半纤维素等多糖类物质降解为微生物能代谢的单糖物质，目前常用酸水解和酶水解。作为传统工艺，酸水解具有较高的效率，但是酸水解工艺对设备要求高，需要脱毒和中和过程，不符合绿色化工原则，不代表未来发展方向。酶水解具有条件温和，环境友好以及水解过程和后期发酵过程兼容性好等特点，是目前研究最多的工艺。植物纤维素资源是地球上最大的可利用的再生资源，有效地水解纤维素为葡萄糖进而发酵为乙醇等，将会减轻人类粮食和能源的压力。

但是，酶水解工艺目前还不具备规模化应用的可能，这由三方面的原因导致：1、酶生产成本居高，尽管研究致力于不断降低酶生产成本，04年美国的可再生能源实验室将酶生产成本降低到了原来的1/10，酶生产成本仍然达不到规模应用的要求；2、木质纤维原料复杂的结构降低了纤维素酶对纤维素的可及性，也就是降低了酶水解效率，增大酶用量；3、原料中木质素吸附部分纤维素酶组分，这也大大降低酶有效组分浓度。

目前，提高纤维素酶水解效率的方法如下：1）选育和开发能生产高效酶系的菌株，采用过程集成技术去消除酶浓缩成本从而降低酶生产成本；2）对原料进行预处理提高纤维素酶的可及性，或者采用一些工业废弃木质纤维素作为原料，这些原料通常在其产生过程中已经过了一些处理，具有疏松结构，易于被酶水解；3）采用表面活性剂降低木质素对酶组分的吸附，或者通过一定预处理降低原料中木质素的含量。木质素通过植物的光合作用产生，基本结构为苯丙烷，木质素的存在会阻碍酶与底物的接触，导致酶水解效率降低。

采用表面活性剂是行之有效且实用的一种方法，但化学合成表面活性剂合成成本高，同时其生物难降解性会增加下游生物转化和产物分离过程的负担。天然表面活性剂中蛋白类具有独特的优点，其能作为下游生物转化过程的潜在营养-氮源。尽管牛血清蛋白等精制的蛋白提高酶活的效果显著，但其不适合用作酶水解添加剂，因为其同样具有高的生产成本。因此，开发低廉有效的蛋白作为表面活性剂成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维素酶水解促进剂及其在提高纤维素酶水解效率中的应用。

所述纤维素酶水解促进剂是将酵母或酵母废弃物加入到水中，混匀，调pH值，加热处理得到。

上述酵母废弃物可进一步离心，取轻相部分处理。

其中，调pH值至2.0-7.5，所述加热处理的处理温度：100-121℃；处理时间：5-60min。

本发明还提供一种提高纤维素酶水解效率的方法，包括在纤维素原料中加入上述纤维素酶水解促进剂、纤维素酶进行酶水解。

具体地，包括以下步骤：

1）对糠醛渣水溶液进行碱中和、过滤，得到糠醛渣滤渣；

2）糖化：加入上述纤维素酶水解促进剂、纤维素酶进行酶水解，得酶水解液。

所述糠醛渣水溶液含有9-12%的糠醛渣，所述碱中和为用固体NaOH中和糠醛渣水溶液至pH5~6，所述糠醛渣滤渣含水量80~85%。

所述糖化为处理后的糠醛渣滤渣经过灭菌装入糖化罐，糖化条件为3~9%糠醛渣（w/v），纤维素酶用量12-15FPU/g糠醛渣滤渣，加入纤维素酶水解促进剂浓度10g/l-30g/l，糖化温度为45-47℃，糖化时间48-96h。