[发明专利]一种提高纤维素酶水解木质纤维素效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高纤维素酶水解木质纤维素效率的方法。

背景技术

木质纤维素（如木材、农作物残余物、生活垃圾、能源作物等）中的纤维素和半纤维素可以被转化为单糖并进一步发酵成乙醇、丁醇、丙二醇、沼气等。鉴于木质纤维素分布广、价格低廉、未被充分利用的特点，并且“不与人争粮，不与粮争地”的优势，将其作为原料生产可再生能源与生物基化学品等具有广阔的前景。

纤维素酶的水解条件温和，一般最适温度为40～60℃，反应温度与淀粉酶相差不大，但其反应速度比淀粉酶小得多。未经预处理的木质纤维素酶解效率低是因为纤维素被木质素包裹及纤维素聚合度高，使得纤维素酶与底物结合效率低、酶的可及性差；经过预处理的木质纤维素其木质素、半纤维素含量减少，纤维素活性增强，纤维素酶的可及性大大提高，酶水解效率也有一定提高，但酶解时间仍需要两天甚至更久，导致容易染菌。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，而提出了一种提高纤维素酶水解木质纤维素效率的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种提高纤维素酶水解木质纤维素效率的方法，包括步骤如下：

（1）将木质纤维素或经预处理的木质纤维素原料加入到其干剂质量4～19倍的水中，将混合液调节pH为4～6；

（2）向上述混合液中加入溶菌酶，在温度40℃～60℃搅拌混匀，混合一段时间后加入纤维素酶进行酶解12～120h；或者向上述混合液中加入溶菌酶同时加入纤维素酶在温度40℃～60℃搅拌混匀酶解12～120h。

上述方法中步骤（1）中木质纤维素原料包括林木、杂草、农业废弃物、能源作物等由半纤维素、纤维素和木质素组成的木质纤维素及上述原料经预处理后的残渣。优选用硫酸、氢氧化钠或柠檬酸缓冲液调节pH。

步骤（2）中搅拌速度60～200prm，混合时间1～120min。按每克木质纤维素原料干剂添加纤维素酶1～40FPU。溶菌酶的加入量为木质纤维素原料干剂质量的0.1‰～80‰。所述的溶菌酶为鸡卵清溶菌酶、链霉菌产生的溶菌酶或基因工程表达的溶菌酶。

本发明中溶菌酶的作用是：

（1）溶菌酶作为大分子蛋白质可以改善反应体系传质，有利于纤维素酶与底物吸附、解吸，提高纤维素酶水解纤维素的速率。

（2）溶菌酶作为大分子蛋白质可以有效减少纤维素酶无效吸附木质素，减少纤维素酶失活。

（3）溶菌酶可以水解革兰氏阳性菌细胞壁，避免微生物消耗酶解产生的葡萄糖。

（4）溶菌酶作为抑菌剂，可以减少糖化过程中添加抗菌物质，防止抗菌物质引起的耐药性，同时减少对环境的影响。

本发明方法的作用原理：溶菌酶是一种大分子蛋白质，少量溶菌酶溶解在水中可以降低溶液表面张力，这有利于纤维素酶在溶液中运动，加快了纤维素酶与底物的吸附、解吸速率；溶菌酶与木质素结合后减少了纤维素酶与木质素结合，降低了纤维素酶无效吸附失活，这都提高了纤维素酶水解纤维素产葡萄糖效率。本发明中每克木质纤维素原料添加溶菌酶0.1‰～80‰（约200～16000U）、纤维素酶1～40U。本发明中pH为4～6，固液比1∶5～20，温度40℃～60℃，搅拌速度60～200prm，反应12～120h，在此条件下可以得到较高的葡萄糖得率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1提高纤维素酶水解木质纤维素效率的方法（稀硫酸预处理的玉米芯酶解）：

将玉米芯粉碎至小于1cm，利用0.3wt%硫酸165℃处理1h，抽滤得到滤渣。将滤渣以干剂质量算，以5%的质量比加入水中，利用1M氢氧化钠溶液调节pH为4.8，置于50℃、130prm恒温水浴摇床中。按滤渣干剂质量加入0.2‰的溶菌酶，1h后按每克滤渣干剂加入10FPU纤维素酶。酶解反应72h后取上清液利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度。添加溶菌酶的反应液中葡萄糖浓度为25g/L。比对比例1没有添加溶菌酶的反应液高25%。

实施例2提高纤维素酶水解木质纤维素效率的方法（稀硫酸预处理的玉米芯酶解）：