本發(fā)明屬于秸稈類原料生產(chǎn)乙醇技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種秸稈酶降解發(fā)酵的方法。

背景技術(shù)：

隨著能源危機的日益嚴(yán)峻，石油、煤炭等石化能源的日益枯竭，開發(fā)新的能源替代品成為當(dāng)前的迫切任務(wù)。傳統(tǒng)的化石能源存在嚴(yán)重危機并且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。木質(zhì)素類物質(zhì)來源廣泛，價格低廉，缺點是較難降解，尤其在酶的降解過程中。農(nóng)作物秸稈是重要的生物質(zhì)能源之一，但往往沒有被充分利用，而是被大量廢棄或焚燒。焚燒秸稈，不僅給大氣帶來了嚴(yán)重的污染，而且浪費了大量的生物質(zhì)能源。秸稈通過處理不僅可以減輕環(huán)境污染，而且可以制備木質(zhì)素等材料，解決日益嚴(yán)峻的能源危機。傳統(tǒng)的處理秸稈制備木質(zhì)素的方法是物理和化學(xué)方法相結(jié)合。這些方法雖然處理速度快，但是成本較高，而且處理過程中還產(chǎn)生廢水廢氣，對環(huán)境造成了污染?，F(xiàn)有技術(shù)中使用酶對秸稈降解處理的方法中酶的品種單一，降解效率太低。

CN102071223A公開了一種秸稈類原料的復(fù)合酶解方法，秸稈類原料先經(jīng)稀酸水解降解木質(zhì)素，然后加入木聚糖酶、木質(zhì)素酶、淀粉酶、果膠酶和β-葡聚糖酶，用酸性物質(zhì)或堿性物質(zhì)調(diào)整混合物pH為4.3～5.5，然后在40～55℃下進(jìn)行酶解24～72h。本發(fā)明采用復(fù)合酶的方法使秸稈類酶解轉(zhuǎn)化為還原糖，選擇合適的復(fù)合酶配比，使得酶之間產(chǎn)生相互作用，使得水解達(dá)到最大化，酶解產(chǎn)生的還原糖濃度高，得糖率高，酶解條件溫和，但目前工業(yè)化生產(chǎn)較為困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合酶及其降解秸稈制備木質(zhì)素的方法，該方法采用多種酶降解秸稈制備木質(zhì)素，同時不會造成環(huán)境污染。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種復(fù)合酶，包括下列組分：

木質(zhì)素酶48%-60% 、木聚糖酶 16%-24% 、果膠酶2%-8% 和 β- 葡聚糖酶16%-28% ，均為重量百分比。

優(yōu)選的，一種復(fù)合酶，由木質(zhì)素酶50%-55%、木聚糖酶18%-22%、果膠酶3%-6%和 β- 葡聚糖酶20%-25%組成，均為重量百分比。

本發(fā)明還提供復(fù)合酶的使用方法，將上述木質(zhì)素酶、木聚糖酶、果膠酶和 β- 葡聚糖酶按照所述配比先溶于檸檬酸中再混合使用。

所述復(fù)合酶的制備方法，將木質(zhì)素酶、木聚糖酶、果膠酶和 β- 葡聚糖酶分別溶于 pH 為 4.3 ～5.5 的檸檬酸溶液中，然后混合均勻即可。

優(yōu)選的，每溶解 1g 上述酶使用檸檬酸溶液的量為 0.6 ～ 1.5ml；所述檸檬酸溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。所述檸檬酸溶液為檸檬酸的水溶液。

所述復(fù)合酶的用途，用于降解秸稈類原料。

一種秸稈類原料的復(fù)合酶解方法，包括以下步驟：

1）配置反應(yīng)基液

稱取秸稈原料，加入檸檬酸溶液，調(diào) pH至4~5.5，110~130℃滅菌15~30 min。

2）酶解

將復(fù)合酶加入秸稈類原料中；溫度40~60℃，轉(zhuǎn)速80~120 r/min，時間16~24 h。

優(yōu)選的，步驟1）中，檸檬酸溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的檸檬酸水溶液。秸稈原料與檸檬酸溶液的體積比為1:0.8~1.2；優(yōu)選的，秸稈原料與檸檬酸溶液的重量比為1:2.5。

優(yōu)選的，所述復(fù)合酶的加入量為秸稈原料質(zhì)量比為2.5%-3.5%。采用酸堿醇醚法對酶解后產(chǎn)生的產(chǎn)物進(jìn)行還原糖濃度測定。

優(yōu)選的，所述秸稈類原料的復(fù)合酶解方法，還包括原料的預(yù)處理。原料的預(yù)處理的方法如下：剛采收完的新鮮秸稈，待晾干，含水率為7-9%，將原秸稈粉碎，過 40目篩，經(jīng) 170~190℃高溫蒸煮1~2h，50~70℃烘干至恒重。

優(yōu)選的，原料的預(yù)處理的方法如下：剛采收完的新鮮秸稈，待晾干，含水率為7-9%，用小型高速粉碎機將原秸稈粉碎，過 40目篩，經(jīng) 180℃高溫蒸煮 1.5 h，60℃烘干至恒重。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用復(fù)合型酶降解的方式，對植物秸稈進(jìn)行降解，比單一的酶降解速率要高，木質(zhì)素獲得率高，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。通過對酶的配比與調(diào)控，酶解作用不僅僅使得有效成分總量大幅度上升，而且產(chǎn)物得率更高效果更穩(wěn)定。

具體實施方式

以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。

一種秸稈類原料的復(fù)合酶解方法，包括以下步驟：

1）配置反應(yīng)基液

稱取秸稈原料 1.5 g（以烘干后秸稈質(zhì)量計），加入 30 ml pH 4.8 左右的檸檬酸溶液，調(diào) pH至 4.8，121℃滅菌 20 min。

2）酶解

將木質(zhì)素酶、木聚糖酶、果膠酶和 β- 葡聚糖酶先分別溶于 pH 為 4.3 ～ 5.5 的檸檬酸溶液中，然后再加入秸稈類原料中；

加入木質(zhì)素酶 20-25 mg（濾紙酶活 70 U）、β– 葡聚糖酶 8-10 mg（80 U）、木聚糖酶 6-8 mg （80 U）、果膠酶 1-3 mg（60 U），溫度 50℃，轉(zhuǎn)速 100 r/min，時間16h-24 h。采用酸堿醇醚法對酶解后產(chǎn)生的產(chǎn)物進(jìn)行還原糖濃度測定。

實施例 1 ：

秸稈類原料的復(fù)合酶解方法，包括以下步驟：新鮮秸稈，待晾干，含水率為 7.937%，用小型高速粉碎機將原秸稈粉碎，過 40 目篩，經(jīng) 180℃高溫蒸煮 1.5 h， 60℃烘干至恒重。然后稱取底物質(zhì)量 1.5 g （以烘干后秸稈質(zhì)量計），加入 30 ml pH 4.8 檸檬酸緩沖液，調(diào) pH 至 4.8，121℃滅菌 20 min，加入木質(zhì)素酶 20 mg（濾紙酶活 70 U）、β– 葡聚糖酶 8 mg（80 U）、木聚糖酶6 mg（80 U）、果膠酶1 mg（60 U），溫度 50℃，轉(zhuǎn)速 100 r/min，時間 24 h。

實施例 2 ：

秸稈類原料的復(fù)合酶解方法，包括以下步驟：新鮮秸稈，待晾干，含水率為 7.937%，用小型高速粉碎機將原秸稈粉碎，過 40 目篩，經(jīng) 180℃高溫蒸煮 1.5 h，60℃烘干至恒重（0.768 g 高溫蒸煮秸稈相當(dāng)于 1 g 原秸稈）。然后稱取底物質(zhì)量1.5 g（以原秸稈質(zhì)量計），加入 30 ml pH 4.8 檸檬酸緩沖液，調(diào) pH 至 4.8，121℃滅菌40 min，加入木質(zhì)素酶22mg（濾紙酶活 70 U）、β– 葡聚糖酶9mg（80 U）、木聚糖酶7 mg（80 U）、果膠酶2 mg（60 U），溫度 50℃，轉(zhuǎn)速 100 r/min，時間 18 h。

實施例 3 ：

秸稈類原料的復(fù)合酶解方法，包括以下步驟：新鮮秸稈，待晾干，含水率為 7.937%，用小型高速粉碎機將原秸稈粉碎，過 40 目篩，經(jīng) 180℃高溫蒸煮 1.5 h， 60℃烘干至恒重（0.768 g 高溫蒸煮秸稈相當(dāng)于 1 g 原秸稈）。然后稱取底物質(zhì)量 1.5 g （以原秸稈質(zhì)量計），加入 60 ml pH 4.8 檸檬酸緩沖液，調(diào) pH 至 4.8，121℃滅菌 40 min，加入木質(zhì)素酶25 mg（濾紙酶活 70 U）、β– 葡聚糖酶10 mg（80 U）、木聚糖酶8 mg（80 U）、果膠酶3mg（60 U），溫度 40℃，轉(zhuǎn)速 120 r/min，時間 16 h。

實施例4

其他同實施例1，不同之處在于，新鮮秸稈，待晾干，含水率為 7.937%，用小型高速粉碎機將原秸稈粉碎，過 40 目篩，經(jīng) 170℃高溫蒸煮2 h，50℃烘干至恒重。

實施例5

其他同實施例1，不同之處在于，新鮮秸稈，待晾干，含水率為 7.937%，用小型高速粉碎機將原秸稈粉碎，過 40 目篩，經(jīng) 190℃高溫蒸煮 1h，70℃烘干至恒重。

實施例6

其他同實施例1，不同之處在于，稱取底物質(zhì)量 1.5 g （以烘干后秸稈質(zhì)量計），加入75 ml pH 4.3檸檬酸緩沖液，調(diào) pH 至 4.3，111℃滅菌30 min，加入木質(zhì)素酶 25mg（濾紙酶活 70 U）、β– 葡聚糖酶12.5 mg（80 U）、木聚糖酶11 mg（80 U）、果膠酶1.5 mg（60 U），溫度 50℃，轉(zhuǎn)速 100 r/min，時間 24 h。

實施例7

其他同實施例6，不同之處在于，稱取底物質(zhì)量 1.5 g （以烘干后秸稈質(zhì)量計），加入 30 ml pH5.5檸檬酸緩沖液，調(diào) pH 至 4.8，130℃滅菌 20 min，加入木質(zhì)素酶 25mg（濾紙酶活 70 U）、β– 葡聚糖酶12.5 mg（80 U）、木聚糖酶11 mg（80 U）、果膠酶1.5 mg（60 U），溫度40℃，轉(zhuǎn)速80 r/min，時間16 h。

實施例8

其他同實施例6，不同之處在于，稱取底物質(zhì)量 1.5 g （以烘干后秸稈質(zhì)量計），加入60 ml pH 4.9檸檬酸緩沖液，調(diào) pH 至 4.8，121℃滅菌15 min，加入木質(zhì)素酶 25mg（濾紙酶活 70 U）、β– 葡聚糖酶12.5 mg（80 U）、木聚糖酶11 mg（80 U）、果膠酶1.5 mg（60 U），溫度60℃，轉(zhuǎn)速 120 r/min，時間 20 h。

采用酸堿醇醚法對實施例 1、2、3 酶解后的產(chǎn)物進(jìn)行木質(zhì)素含量的測定，測得秸稈中剩余木質(zhì)素含量分別為22.12%、16.72%、9.64%、20.23%、19.26%、14.35%、23.23%、12.63%。由以上數(shù)據(jù)對比明顯看出，本發(fā)明方法的實施例 3采用四種復(fù)合酶進(jìn)行酶解降解能力最好，更適合實際的生產(chǎn)應(yīng)用。

對比例：采用現(xiàn)有技術(shù)的一般酶解降解方法。

表1

說明：產(chǎn)物木質(zhì)素含量的測定方法：木質(zhì)素含量測定法采用Klason法進(jìn)行測定。

本發(fā)明采用復(fù)合型酶降解的方式，對植物秸稈進(jìn)行降解，比單一的酶降解速率要高，木質(zhì)素降解率較高，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

通過三個案例中對酶的配比與調(diào)控，實施案例三的酶解作用不僅僅使得木質(zhì)素含量大幅度下降，而且產(chǎn)物得率更高效果更穩(wěn)定。