[发明专利]一种提高杨木酶水解效率的方法

说明书

本发明提供一种提高杨木酶水解效率的方法，以乙酸双氧水预处理后的杨木为原料，解决了现有水解过程中所存在的纤维素酶的使用量大和酶水解效率低的问题。本方法在已有纤维素酶的基础上在酶水解反应体系中额外添加了β‑葡萄糖苷酶，使得杨木的葡萄糖得率最高达到99.4％，杨木中的葡聚糖几乎完全被水解。该方法效率高、成本低廉、操作简便，几乎实现了杨木完全酶水解，为杨木生物转化制备生物能源和化学品奠定了基础。

技术领域

本发明涉及生物质的预处理和酶水解技术，具体涉及一种利用添加β-葡萄糖苷酶提高乙酸双氧水预处理后杨木的酶水解效率的方法。

背景技术

杨木是一种速生丰产树种，在中国有较大面积的种植，其生长速度快，资源丰富，纤维素含量高，因此，生物转化杨木制备生物能源与化学品具有较大潜力。预处理是提高杨木酶水解效率的重要步骤，杨木的预处理主要分为酸、碱、离子液体、蒸汽爆破等方法。

Huang等人在2018，J Wood Chem Technol.38(5):371–384中用6.5％乙酸在172℃处理27分钟后，加入20FPU/g干物质纤维素酶，杨木的酶水解得率为51％。

Kim等人在2017，Biotechnol Biofuels.10:101中采用离子液体[C₂C₁Im][OAc]在160℃处理杨木3小时后，葡萄糖得率小于35％。

Tian D等人在2017，Biotechnol Biofuels.10:157中采用两步法预处理杨木，首先用0.7％硫酸在室温下浸泡过夜，然后在190℃下蒸汽爆破10分钟，在纤维素酶添加量高达32mg/g干物质下，杨木的葡萄糖得率仅为70％。

孟鑫论文中(《绿液预处理对杨木木质素及酶水解的影响》南京林业大学，2014)研究表明，绿液预处理杨木后，纤维素酶用量为40FPU/g时，葡萄糖只有89.9％。

由此可见，上述方法均存在着原料水解不彻底或者酶剂量大的问题。

乙酸双氧水预处理相对其他预处理方法而言，其对原料的木质素脱除效果显著，可减少木质素对酶的空间阻碍作用及对酶的无效吸附，在提高酶水解效率方面有一定应用前景。

Wi等人在2015，Biotechnol Biofuels.8:228中对稻杆、松木、橡木进行了乙酸双氧水预处理后发现原料的木质素含量均小于6％，原料经同步发酵其葡萄糖转化率为85.0％。

Luo等人在2018，Biomass Conv Bioref.(https://doi.org/10.1007/s13399-018-0364-0)中采用乙酸双氧水预处理杨木后，在纤维素酶剂量为20mg/g纤维素的条件下，葡萄糖得率小于80.0％。

这也就表明乙酸双氧水处理杨木后仍存在纤维素酶使用量大、酶水解效率低的问题，与预期杨木酶水解效果具有一定的差距，但其中原因目前尚不明确。

发明内容

本发明的目的在于解决现有杨木水解过程中所存在的纤维素酶使用量大和酶水解效率低的不足之处，而提供了一种提高乙酸双氧水预处理杨木酶水解效率的方法。

本发明的发明构思为：

基于现有技术，无法获知被看好应用前景的乙酸双氧水预处理杨木后为何仍存在纤维素酶使用量大、酶水解效率低的问题，发明人对此进行了深入的研究，最终发现乙酸双氧水预处理杨木后，在酶水解过程中会存在一定量纤维二糖的积累，从而抑制纤维素酶的水解能力，导致以上问题。因此，发明人考虑在酶水解过程中额外添加β-葡萄糖苷酶，利用其对纤维二糖较强的水解能力，可以有效的降解纤维二糖，缓解纤维二糖抑制效果，进而提高酶水解效率。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：