專利名稱：源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶協(xié)同酶解發(fā)酵乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖維素發(fā)酵乙醇領(lǐng)域，特別涉及一種源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶 協(xié)同酶解發(fā)酵乙醇的方法
背景技術(shù)：
纖維素發(fā)酵乙醇是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)，但是高昂的成本阻礙了其商業(yè)化，其中纖 維素酶的成本是個(gè)重要影響因素，纖維素酶成本的降低是纖維素乙醇成功商業(yè)化的
關(guān)鍵之一。
纖維素酶是一種多組分的復(fù)合酶，主要有3種組分即內(nèi)切型e-葡聚糖酶(EC
3.2.1.4，也稱Cx酶，CMC酶或EG)，外切型P-葡聚糖酶(EC 3.2丄91.也稱d酶，纖 維二糖水解酶或BH)，和纖維二糖酶(￡0 3.2丄21,也稱e-葡聚糖苷酶或CB)。因只 要這三種酶共同作用就可以將纖維素徹底水解為葡萄糖，故而被研究者們形象地稱 為"完全"纖維素酶系(complete cellulase system)。
目前纖維素酶的作用機(jī)制仍不是很清楚，主要有Reese提出的CVCx假說(shuō)和協(xié)同 降解模型，但是大家普遍同意的是纖維素的降解是纖維素酶3種組分協(xié)同作用的結(jié) 果，而且3種組分之間存在一個(gè)最優(yōu)比例，在這個(gè)比例下3種組分的協(xié)同作用達(dá)到最 大，每個(gè)單組分的所需酶量最少。
對(duì)于不同來(lái)源的纖維素酶，其中內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和e-葡萄糖苷酶
3組分間的比例各不相同，單一來(lái)源的纖維素酶單獨(dú)降解纖維素時(shí)，3組分間的比例
往往沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)，使纖維素酶的活力不能得到充分發(fā)揮，造成纖維素酶的浪費(fèi)。
因此研究者經(jīng)常采用多種纖維素酶的復(fù)合酶共同作用降解纖維素，多種酶協(xié)同作用 的糖產(chǎn)率比單獨(dú)的纖維素酶作用的結(jié)果要高。
目前纖維素酶的生產(chǎn)一般采用微生物發(fā)酵，現(xiàn)階段協(xié)同使用的纖維素酶都是由
不同微生物發(fā)酵得到，生產(chǎn)成本較高。而在有些動(dòng)物體內(nèi)，不但存在共生的微生物
能夠發(fā)酵產(chǎn)生纖維素酶，而且動(dòng)物本身也存在內(nèi)源性的纖維素酶。如果來(lái)源于動(dòng)物
和微生物的纖維素酶之間也能協(xié)同使用，那么可以像培養(yǎng)微生物一樣，通過(guò)培養(yǎng)動(dòng)
物的方式來(lái)大量生產(chǎn)纖維素酶，開辟一條新的纖維素酶生產(chǎn)途徑，有助于降低纖維素酶的生產(chǎn)成本。
針對(duì)以上情況，本發(fā)明將來(lái)源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶結(jié)合使用，增強(qiáng)不同 來(lái)源纖維素酶三組分間的協(xié)同作用，提高纖維素酶解效率，以減少總體纖維素酶的 用量，并開辟新的纖維素酶來(lái)源，為纖維素酶的低成本生產(chǎn)提供一條新的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前纖維素發(fā)酵乙醇過(guò)程中纖維素酶成本高昂的問(wèn)題，提
供一種來(lái)源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶協(xié)同用于纖維素酶解、發(fā)酵乙醇的方法，優(yōu)
化不同纖維素酶組分間的比例，促進(jìn)不同纖維素酶組分間的協(xié)同作用，提高纖維素
酶解效果，減少整體纖維素酶用量，同時(shí)開辟新的纖維素酶來(lái)源，降低纖維素酶的
生產(chǎn)成本，進(jìn)而降低纖維素乙醇的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明提供的來(lái)源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶協(xié)同用于纖維素酶解、發(fā)酵乙醇的方 法，其歩驟如下
1) 將纖維素原料裝入同歩酶解發(fā)酵反應(yīng)器中，通入0.1MPa的高壓蒸汽滅菌 30分鐘，然后冷卻到5(TC，在無(wú)菌操作條件下，同時(shí)加入動(dòng)物纖維素酶和微生物 纖維素酶。
2) 在無(wú)菌條件下，向同歩酶解發(fā)酵反應(yīng)器中接種該反應(yīng)器容積10M(V/V)的 釀酒酵母液體種子，在37T: 38。C下發(fā)酵72小時(shí)。
所述的纖維素原料選自秸稈、木材或草類。. 所述的動(dòng)物纖維素酶來(lái)自蝸牛、.白蟻、甲蟲或螺類。 所述的微生物纖維素酶來(lái)自里氏木霉、綠色木霉或康氏木霉。 本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)-(1)來(lái)源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶混合使用后可優(yōu)化纖維素酶不同組分間 的比例，提高纖維素酶的酶解效率，減少整體纖維素酶用量
.(2)動(dòng)物纖維素酶的采用增加了新的纖維素酶來(lái)源，有助于降低纖維素酶的 生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一歩說(shuō)明。 實(shí)施例1
將汽爆玉米秸稈(汽爆壓力1.5MPa，汽爆時(shí)間5分鐘)裝入同歩酶解發(fā)酵反應(yīng)器中，通入O.lMPa的高壓蒸汽滅菌30分鐘，然后冷卻到50°C，在無(wú)菌操作條件下，
加入來(lái)自于綠色木霉(7Wctocfeww 的纖維素酶以及蝸牛酶，綠色木霉纖維素
酶加入量10IU (濾紙酶活)/g底物，蝸牛酶中纖維素酶加入量10IU (濾紙酶活) /g底物，然后在無(wú)菌條件下，接種該反應(yīng)器容積10。/。(V/V)的釀酒酵母液體種子， 在固液比I:IO， pH4.8，溫度37。C的條件下發(fā)酵'72h，乙醇得率為15.7%。 實(shí)施例2
將汽爆玉米秸稈(汽爆壓力1.5MPa，汽爆時(shí)間5分鐘)裝入同歩酶解發(fā)酵反應(yīng) 器中，通入O.lMPa的高壓蒸汽滅菌30分鐘，然后冷卻到5CTC，在無(wú)菌操作條件下， 加入來(lái)自于里氏木霉(rn'cto血rwam^/)的纖維素酶以及福壽螺纖維素酶，里氏木 霉纖維素酶加入量10IU (濾紙酶活)/g底物，福壽螺纖維素酶加入量10IU (濾紙
酶潔)/g底物，然后在無(wú)菌條件下，接種該反應(yīng)器容積10n/。(V/V)的釀酒酵母液體
種子，在固液比I:IO, pH4.8，溫度37i:的條件下發(fā)酵72h，乙醇得率為15.2%。 實(shí)施例3
將汽爆麥草(汽爆壓力1.5MPa，汽爆時(shí)間5分鐘)裝入同歩酶解發(fā)酵反應(yīng)器中， 通入0.1MPa的高壓蒸汽滅菌30分鐘，然后冷卻到5(TC，在無(wú)菌操作條件下，加入 來(lái)自于里氏木霉(7WAo血，a^"e/)的纖維素酶以及蝸牛酶，里氏木霉纖維素酶加 入量15IU (濾紙酶活)/g底物，蝸牛酶中纖維素酶加入量5IU (濾紙酶活)/g底物， 然后在無(wú)菌條件下，接種該反應(yīng)器容積10。/。(V/V)的釀酒酵母液體種子，在固液比 1:10， pH4.8，溫度37。C的條件下發(fā)酵72h，乙醇得率為14.5%。 實(shí)施例4
將汽爆麥草(汽爆壓力1.5MPa，汽爆時(shí)間5分鐘)裝入同步酶解發(fā)酵反應(yīng)器中， 通入0.1MPa的高壓蒸汽滅菌30分鐘，然后冷卻到5(TC，在無(wú)菌操作條件下，加入 來(lái)自于綠色木霉(7V/c/w&m" Wr油)的纖維素酶以及福壽螺纖維素酶，綠色木霉纖 維素酶加入量5IU (濾紙酶活)/g底物，福壽螺纖維素酶加入量15IU (濾紙酶活) /g底物，然后在無(wú)菌條件下，接種該反應(yīng)器容積1oy。(v/v)的釀酒酵母液體種子， 在固液比I:IO， pH4.8，溫度37。C的條件下發(fā)酵72h，乙醇得率為14.2%。 實(shí)施例5
將汽爆.阜.竹草(汽爆壓力1.5MPa，汽爆時(shí)間5分鐘)裝入同歩酶解發(fā)酵反應(yīng)器 中，通入0.1MPa的高壓蒸汽滅菌30分鐘，然后冷卻到50。C，在無(wú)菌操作條件下， 加入來(lái)自于康氏木霉(7>,Wwrfe,.ma fom'M扭)的纖維素酶以及田螺纖維素酶，康樂(lè)木 霉纖維素酶加入量15IU (濾紙酶活)/g底物，田螺纖維素酶加入量5IU (濾紙酶活)
5/g底物，然后在無(wú)菌條件下，接種該反應(yīng)器容積10。/。(V/V)的釀酒酵母液體種子， 在固液比I:IO， pH4.8，溫度37。C的條件下發(fā)酵.72h，乙醇得率為12.6%。
權(quán)利要求
1、一種來(lái)源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶協(xié)同用于纖維素酶解、發(fā)酵乙醇的方法，其步驟如下1)將纖維素原料裝入同步酶解發(fā)酵反應(yīng)器中，通入0.1MPa的高壓蒸汽滅菌30分鐘，然后冷卻到50℃，在無(wú)菌操作條件下，同時(shí)加入動(dòng)物纖維素酶與微生物纖維素酶；2)在無(wú)菌條件下，向同步酶解發(fā)酵反應(yīng)器中接種該反應(yīng)器容積10％(V/V)的釀酒酵母液體種子，在37℃～38℃下發(fā)酵72小時(shí)。
2、 按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述的纖維素原料選自秸稈、木 材或草類。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的動(dòng)物纖維素酶來(lái)自蝸牛、 白蟻、甲蟲或螺類。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的微生物纖維素酶來(lái)自里氏木霉、綠色木霉或康氏木霉。
5、按權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述的動(dòng)物纖維素酶與微生物纖 維素酶的濾紙酶活用量各為5IU 15 IU/g底物。
6、按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的發(fā)酵pH為4.8~5.0，由 0.1~1.0mol/L的HC1和0.1 1.0mol/L的NaOH調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及來(lái)源于動(dòng)物與微生物的纖維素酶協(xié)同用于纖維素酶解、發(fā)酵乙醇的方法，本發(fā)明的方法為在纖維素原料中同時(shí)加入來(lái)源于動(dòng)物和微生物的纖維素酶，并接種釀酒酵母發(fā)酵乙醇。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為來(lái)源于動(dòng)物和微生物的纖維素酶混合使用后可優(yōu)化纖維素酶不同組分間的比例，提高纖維素酶的酶解效率，減少整體纖維素酶用量；動(dòng)物纖維素酶的采用增加了新的纖維素酶來(lái)源，有助于降低纖維素酶的生產(chǎn)成本。本發(fā)明適用于各種纖維素原料酶解發(fā)酵乙醇。
文檔編號(hào)C12P7/10GK101603056SQ20081013442
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者丁文勇, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所