[发明专利]一种促进水解木质纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种促进水解木质纤维素的方法，属于生物技术和生物化工领域。

背景技术

众所周知，2012年9月18日欧盟削减对生物燃料的补贴，明确指出生物柴油这种生物 燃料以及能源作物在二氧化碳排放量和可持续发展方面不能作为欧盟生物燃料长期发展路 线，只能限制性添加5%对环境友好的来源于粮食的乙醇，用于缓解能源危机。但由于多国大 旱，国际粮价短期内上涨50%，如何在不影响粮食安全的前提下实现用生物燃料——木质纤 维素燃料替代石油，再次成为全球焦点。二代纤维素乙醇以蕴藏量最为巨大的木质纤维素为 原料，是当今世界上投入资源最多的生物燃料发展方向。木质纤维素原料是地球上在一定面 积内最具有转化成交通能源来替代石油的可再生资源，其中含有大量的纤维素、半纤维素和 木质素，但三者构成的网状结晶结构形成一种抗降解屏障，无法使纤维素酶、半纤维素酶对 其产生有效的水解作用，这就导致木质纤维素原料的预处理和纤维素类的降解成为木质纤维 素作为二代燃料乙醇生产的瓶颈问题。

近几年来，国外和国内大多数科学家将精力集中放在预处理和提高发酵的纤维素酶力上， 取得了不菲的成就。例如，专利公开号为CN101998995的专利发明了以微生物进行木质纤维 素预处理的方法并提及了近几年来各种预处理方法的优缺点。专利公开号为CN102108347的 专利提供了一种在纤维素酶发酵过程中添加法尼醇来提高纤维素酶滤纸酶活的方法，但未涉 及到木质纤维素水解过程。专利公开号为CN102191299的专利公开了一种采用多步酶解提 高木质纤维素糖化得率的方法，此方法涉及到预处理偶联分离方法，通过半纤维素酶、纤维 素酶分步水解来提高糖化得率，但该方法工艺繁琐，酶加量大，成本高。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种促进水解木质纤维素的方法，本发明的方法通过 在木质纤维素水解过程中添加有效的金属离子来提高木质纤维素酶、半纤维素酶的酶活力， 从而提高木质纤维素酶的水解效率，可广泛应用于利用木质纤维素糖化生产单糖、低聚糖或 生物质能源开发领域。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种促进水解木质纤维素的方法，包括以下步骤：

1）木质纤维素原料预处理后，加水混匀配置成木质纤维素底物；

2）配置金属离子溶液：金属离子优选镍离子、钴离子、镁离子、锌离子或锰离子中的任 一种或任几种的组合；

3）向木质纤维素底物中添加纤维素酶或半纤维素酶，进行水解糖化，通过过滤、离心得 到葡萄糖、木糖或混合糖液；在水解糖化前或水解糖化过程中加入金属离子溶液，或在水解 糖化过程中分批次添加，加入后，水解体系中金属离子的浓度为1～10mM。

所述木质纤维素原料选自玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、麦草、稻草等一系列木质纤维 素或纯纤维素（微晶纤维、羧甲基纤维素钠等）原料。

所述木质纤维素预处理方法为研磨、球磨、酸处理、碱处理、热水处理、高压蒸煮、蒸 汽爆破或造纸制浆等一种或几种方法的组合，优选利用气爆或稀酸处理，该方法得到的玉米 芯、木糖渣、脱木素渣做为底物效果尤佳。

所述木质纤维素底物中，固形物的质量浓度为4～30%。

优选的，所述木质纤维素底物为质量浓度为5%葡聚糖的木糖渣，金属离子溶液为硫酸镍 溶液、氯化钴溶液或氯化锌溶液，添加金属离子溶液后，水解体系中金属离子的浓度为10mM。

优选的，所述木质纤维素底物为质量浓度为5%葡聚糖的脱木素木糖渣，金属离子溶液为 硫酸镍溶液、氯化钴溶液、氯化镁溶液、氯化锌溶液或氯化锰溶液，添加金属离子溶液后， 水解体系中金属离子的浓度为1mM或10mM。

优选的，所述木质纤维素底物为质量浓度为5%葡聚糖的玉米芯爆破粉，金属离子溶液为 硫酸镍溶液、氯化钴溶液、氯化镁溶液、氯化锌溶液或氯化锰溶液，添加金属离子溶液后， 水解体系中金属离子的浓度为1mM或10mM。

所述纤维素酶或半纤维素酶选自纤维素酶系（包括外切葡聚糖苷酶CBH、内切葡聚糖苷 酶EG和β-葡萄糖苷酶）、木聚糖酶（包括内切木聚糖酶、外切木聚糖酶和β-木糖苷酶）、半 乳糖苷酶、甘露聚糖酶等具有纤维素水解功效或半纤维素水解能力的一种或以任意形式的组 合。