[发明专利]一种红薯渣快速酶解成单糖的方法

说明书

红薯渣是红薯粉厂提取红薯淀粉后的残渣，约占鲜重的45％‑60％。红薯渣的主要成分是淀粉、纤维素及少量蛋白质。干的红薯渣中含淀粉36‑58％，纤维素20‑30％，若将其完全酶解可产生占干重80％左右的葡萄糖，是大宗发酵产品如乙醇、丁醇等的发酵生产的良好碳源。目前红薯渣除少部分用于生产膳食纤维、饲料和固体燃料外，大部分被没有利用，甚至成为污染源。本发明提供一种利用高温酶快速酶解红薯渣的方法，将高温发酵产生的粗酶液与红薯渣以一定比例混合后在60‑80℃酶解10‑20小时，红薯渣中的淀粉和纤维素酶解率达到90％‑100％。

技术领域

本发明属于生物技术领域，特别涉及一种红薯渣快速酶解成单糖的方法。

背景技术

红薯又称番薯、甘薯、红苔、白薯、地瓜，现已广泛栽培在全世界的热带、亚热带地区。红薯是一年生草本植物，地下部分为圆形、椭圆形或纺锤形的块根，块根的形状、皮色和肉色因品种或土壤不同而异。红薯是我国重要的粮食作物之一，几乎在全国各地都有分布，主要产区为湖南、湖北、江西、安徽以及山东等地。据统计，我国红薯总产量达1亿吨，占世界红薯总产量的80％左右。红薯渣是红薯粉厂生产红薯粉后和红薯淀粉厂提取红薯淀粉后的残渣，约占鲜重的45％-60％。红薯渣的主要成分是淀粉、纤维素及少量蛋白质。其中淀粉和纤维素的含量分别占红薯渣干重的36-58％和20-30％，将其降解成以葡萄糖为主的单糖，是发酵工业的良好原料。利用红薯渣降解成单糖应用于发酵工业，可缓解发酵工业对粮食的依赖，同时可望降低生产成本，促进发酵工业健康可持续发展。

然而红薯渣目前并没有得到充分利用，除少部分用于生产膳食纤维、饲料和固体燃料外，大部分成为污染物。究其原因，主要是没有经济、快速的降解方法。从化学结构上分析，虽然淀粉和纤维素都是有葡萄糖聚合而成，但它们是两种不同的高聚物。淀粉由α糖苷键链接，而纤维素由β-1,4糖苷键链接而成，同时形成结晶结构。因此，它们酶解涉及的酶的种类和酶解条件都不一样，淀粉酶解主要由淀粉酶和糖化酶完成，而纤维素的酶解由纤维素酶完成。目前商业化的淀粉酶和纤维素酶的酶解条件差别很大，很难将淀粉和纤维素同时降解。

极端嗜热菌是一类可以在较高温度下生长的微生物，所产生的酶具有活性高、热稳定性好等优点，在工业生物技术领域具有重要的应用价值。其中热解纤维素菌属(Caldicellulosiruptor)是迄今发现的最耐热的一类生物质利用厌氧细菌，迄今，热解纤维素菌属已经有8个种(C.saccharolyticus,C.bescii,C.obsidiansisC.hydrothermalis,C.kristjanssonii,C.kronotskyensis,C.lactoaceticus,和C.owensensis)在欧洲、北美洲、亚洲和澳洲等地先后被发现，可以在高温(70-78℃)下利用淀粉、纤维素、果胶、木聚糖等生长，其分泌的高温酶类具有非常可观的工业应用前景。本发明以红薯渣为诱导物，分别单独利用热解纤维素菌Caldicellulosiruptor属菌株，如Caldicellulosiruptor owensensis(DSM13100)，Caldicellulosiruptor kronotskyensis(DSM19802)，Caldicellulosiruptor lactoaceticus(DSM9545)等(购自德国微生物保藏中心DSMZ)发酵，得到同时存在淀粉酶和纤维素酶的粗酶液，粗酶液直接用于红薯渣的快速酶解。由于粗酶液中的淀粉酶和纤维素酶是由同一株高温菌产生，因此其酶解条件非常接近，在相同温度和PH条件下能够到达较好的酶解效果，能快速将淀粉和纤维素降解成单糖。可以看出本发明易于操作，具有巨大的工业应用价值。

发明内容

【本发明的目的】

本发明的目的是将红薯渣高效、经济酶解，快速生成可发酵糖，为发酵工业提供廉价原料，实现红薯渣的高值化利用，同时减少红薯粉生产过程的环境污染。

【技术方案】

本发明提供的红薯渣快速酶解成单糖的方法，技术方案如下：