[发明专利]一种木薯渣厌氧发酵残渣产纤维素酶及其糖化方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种利用木薯渣厌氧发酵残渣为碳源生产地霉菌Galactomyces sp.维素酶及其糖化的方法，属于微生物技术领域。

 

背景技术

木薯淀粉经深加工过程中产生的固体废弃物—木薯渣，其干基中含有丰富的木质粗纤维素、少量的淀粉和蛋白。粗纤维稳定性较高，且不易分解，处理困难。据统计，每加工100万吨木薯原料，将会产生约20万吨的木薯渣废弃物。若将此废弃物直接排放或焚烧会造成环境污染和木质纤维素资源的巨大浪费。利用木薯渣厌氧发酵制备生物气是一种重要途径，但其产生的生物气残渣仍然含有大量的木质纤维素。如果没有得到合理利用，同样也会造成环境污染和木质纤维素资源浪费等问题。因此，木薯渣厌氧发酵残渣的高效利用是值得研究的课题。

值得注意的是，高效糖化木薯渣生物气残渣，可为生物燃料的生产提供廉价的原料。然而，由于木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的结晶结构，纤维素原料直接进行水解时，其水解程度是很低的。因此，必需对纤维素原料进行有效的预处理。目前出现的物理法、化学法、物理化学法和生物法等纤维素预处理技术总体上存在能耗和成本高、效率低和规模化困难等问题。其中，稀酸法虽已经规模化，但存在产率低、产物中的有害副产物影响进一步生物转化利用。生物法对环境友好，能耗低且副产物少，但转化效率低、纤维素酶活性较差和成本高。采用目前的常规方法难以将纤维素高效转化成糖类化合物，这已成为制约纤维素高效转化利用的瓶颈。汽爆预处理工艺的费用较低，但处理品质不稳定。近年的研究表明离子液体具有较好的纤维素溶解和处理能力，其中室温型离子液体表现出更为突出的优势。它们与典型的有机溶剂不同,在离子液体里没有电中性的分子,与传统的有机溶剂相比,离子液体具备非挥发性、低熔点、高稳定性、不可燃性、良好的导电和导热性选择性溶解力等特点，被称为“绿色溶剂”。利用“绿色溶剂”离子液体预处理纤维素，能够破坏纤维素本身高度的结晶结构，使得其松散，更易于酶解，大大提高了其糖化率。

我们课题组发现利用离子液体1-乙基-1-甲基-咪唑-二乙基磷酸盐（[Emim][DEP]）水溶液与少量磷酸的混合液作为预处理试剂，可大大提高纤维素原料的糖化率，减少离子液体[Emim][DEP]的用量。同时。该预处理方法不仅可以减小离子液体[Emim][DEP]的粘性，还可以使纤维素充分膨胀而溶解更完全，更加高效地预处理纤维素原料。本发明发明了木薯渣厌氧发酵残渣为碳源生产高活性Galactomyces sp. CCZU11-1纤维素酶及其高效糖化的方法，实现了木薯渣厌氧发酵制备生物气残渣的高效利用，这既可满足资源需求，缓解环境压力，又可创造经济价值，实现了对木薯渣厌氧发酵残渣等废弃物资源最大化利用，具有巨大发展前景。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种木薯渣厌氧发酵残渣为碳源生产地霉菌纤维素酶及其糖化的方法，以实现木薯渣厌氧发酵残渣资源化及综合利用。

本发明的木薯渣厌氧发酵残渣为碳源生产地霉菌纤维素酶及其糖化的方法，按照如下步骤进行：

（1）  菌株的培养及其产酶过程：

在5 L发酵罐中装入3 L培养基，在30℃、搅拌速度(400 rpm) 和通气量(2.4 L/min)条件下培养地霉菌Galactomyces sp. 3 天；获得的纤维素酶发酵液用于糖化木薯渣厌氧发酵残渣。

（2）酶解预处理木薯渣厌氧发酵残渣：

在110-130 ℃下对木薯渣厌氧发酵残渣置于1-乙基-1-甲基-咪唑-二乙基磷酸盐（[Emim][DEP]）-磷酸-水预处理体系中进行溶解预处理30-120 min后，加入去离子水洗涤再生得到纤维素原料；再生的纤维素材料去离子水洗涤三次后，加入乙酸-乙酸钠缓冲液(50 mM, pH 4.8)和纤维素酶发酵液形成的混合体系，其中木薯渣厌氧发酵残渣纤维素原料最终质量浓度为3%，在50 ℃和180 rpm的恒温摇床上振荡反应，即可达到酶解木薯渣厌氧发酵残渣的目的。

其中步骤（1）培养基组成如下：NH₄Cl5 g/L，KH₂PO₄ 2 g/L，MgSO₄ 0.3 g/L，CaCl₂ 0.6 g/L，聚乙二醇6000 4 g/L，木薯渣厌氧发酵残渣10 g/L，pH 6.5。

其中步骤（2）中[Emim][DEP]-磷酸-水预处理总体系与木薯渣厌氧发酵残渣的质量比为15：1。