一種包含纖維素酶的多酶協(xié)同酶解甜菜渣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)酶解糖化領(lǐng)域，特別涉及一種包含纖維素酶的多酶協(xié)同酶解甜菜渣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)化石能源的不可再生性，以及利用引起的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，使其不能滿足人類經(jīng)濟社會發(fā)展的需求。生物乙醇以其辛烷值高、安全性好，可作為含氧添加劑替代甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚，也可完全替代汽油作為燃料而備受關(guān)注。很多國家經(jīng)過實驗研宄，已將乙醇和汽油進行混合使用，這其中乙醇產(chǎn)量最大的是巴西和美國。目前中國現(xiàn)有的乙醇生產(chǎn)企業(yè)主要是以玉米等糧食作為原料生產(chǎn)。對中國這種發(fā)展中的人口大國來說，全面解決全體人民的吃飯問題已屬不易，絕對不能在解決能源危機的同時帶來糧食安全問題。為了不會“與人爭食，與糧爭地”，推動非糧燃料乙醇的發(fā)展勢在必行。
[0003]纖維素在自然界大量存在，是地球上最豐富的可再生性資源。我國的纖維素資源來源豐富，每年的農(nóng)林廢棄物和工業(yè)纖維性廢渣有上億噸。價格低廉，供應(yīng)充足，且未得到充分開發(fā)利用，有些還造成污染。開發(fā)制備纖維素乙醇具有重要意義。纖維素乙醇生產(chǎn)中，蒸餾的經(jīng)濟性要求乙醇初始濃度必須大于5%，可知發(fā)酵過程中葡萄糖濃度應(yīng)該大約10%，即底物濃度大于25%，纖維素酶解率大于80%。因此，底物酶解是纖維素乙醇制備的核心環(huán)節(jié)，如何有效地利用纖維素酶，最大程度地提高酶系的降解能力，提高纖維素轉(zhuǎn)化效率，降低纖維素酶使用成本實現(xiàn)纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。
[0004]甜菜渣的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分更加復(fù)雜，導(dǎo)致酶解過程中酶解率低，用酶量大，酶解周期長，阻礙了纖維素乙醇的產(chǎn)業(yè)化進程。研宄表明纖維素酶解是一個包含反應(yīng)體系、底物、酶、產(chǎn)物的復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)過程。纖維素被半纖維素和木質(zhì)素包裹，并且纖維素本身結(jié)構(gòu)緊密，具有很高的結(jié)晶度以及聚合度，使得傳統(tǒng)的單一纖維素酶解用酶量大，酶解周期長，酶解率低。
[0005]本發(fā)明根據(jù)甜菜渣的化學(xué)組分半纖維素，纖維素，果膠，木質(zhì)素成分。分別利用木質(zhì)素水解酶，木質(zhì)素氧化酶和纖維素酶組成多酶體系，利用多酶體系協(xié)同酶解秸桿生物質(zhì)，最終實現(xiàn)降低總酶用量，縮短酶解時間，提高酶解率。本發(fā)明解決了甜菜渣酶解率低的問題，為甜菜渣高值化利用提供了新的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種包含纖維素酶的多酶協(xié)同酶解甜菜渣的方法，即選取木質(zhì)纖維素水解酶和木質(zhì)纖維素氧化酶同纖維素酶組成多酶復(fù)合體，在酶解反應(yīng)緩沖液中以一定比例加入多酶復(fù)合體和甜菜渣，在一定條件下進行酶解反應(yīng)，以期實現(xiàn)甜菜渣在低用酶量的前提下，提高底物酶解率，縮短酶解時間。
[0007]維素酶的多酶協(xié)同酶解甜菜渣的方法技術(shù)方案如下: (1)選取木質(zhì)纖維素水解酶和木質(zhì)纖維素氧化酶中的一種或幾種任意組合同纖維素酶組成多酶復(fù)合體；
(2)在酶解反應(yīng)緩沖液中以一定比例加入多酶復(fù)合體和甜菜渣，在一定條件下進行酶解反應(yīng)。
[0008]步驟(I)的木質(zhì)纖維素水解酶包括木聚糖酶和果膠酶中的一種或幾種任意組合；木質(zhì)纖維素氧化酶包括漆酶、錳過氧化物酶、木質(zhì)素氧化酶和阿魏酸酯酶中一種或幾種任意組合。
[0009]步驟(2)木質(zhì)纖維素水解酶和木質(zhì)纖維素氧化酶的用酶量為Ig底物加酶0.5-30FPU,纖維素酶的用酶量為Ig底物加酶5~50U。
[0010]步驟(3)的酶解反應(yīng)緩沖液pH值3~8，基質(zhì)質(zhì)量(g)與酶解液體積(ml)比為1:8-1:40,酶解溫度35-60 °C，酶解時間6~84h。
[0011]一種包含纖維素酶的多酶協(xié)同酶解甜菜渣的方法，其具有如下優(yōu)點:
(I)只有酶參與甜菜渣的糖化過程，是真正的綠色無污染催化過程。
[0012](2)酶解率高，用酶量低，酶解周期短。
[0013](3)成本較低，設(shè)備簡單，便于操作。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
以漆酶0.8U/g，木聚糖酶5 u/g，纖維素酶10U/g的比例組成多酶復(fù)合體，甜菜渣切成2cm的小段，將多酶復(fù)合體和稻草秸桿放入酶解緩沖液中，基質(zhì)質(zhì)量(g)與酶解液體積(ml)比為1:10，酶解反應(yīng)的溫度45°C，酶解反應(yīng)進行48h，測定酶解液中葡萄糖含量，秸桿纖維素酶解率為58%。
[0015]實施例2
以漆酶?υ/g，果膠酶5 U/g,纖維素酶12U/g的比例組成多酶復(fù)合體，甜菜渣質(zhì)切成2cm的小段，將多酶復(fù)合體和甜菜渣放入酶解緩沖液中，基質(zhì)質(zhì)量(g)與酶解液體積(ml)比為1:15，酶解反應(yīng)的溫度50°C，酶解反應(yīng)進行72h，測定酶解液中葡萄糖含量，甜菜渣纖維素酶解率為62%。
[0016]實施例3
以漆酶?υ/g，錳過氧化物酶0.5U/g，木聚糖酶3 U/g,纖維素酶10U/g的比例組成多酶復(fù)合體，甜菜渣切成2cm的小段，將多酶復(fù)合體和玉米秸桿放入酶解緩沖液中，基質(zhì)質(zhì)量(g)與酶解液體積(ml)比為1:10，酶解反應(yīng)的溫度50°C，酶解反應(yīng)進行72h，測定酶解液中葡萄糖含量，秸桿纖維素酶解率為70%。
[0017]實施例4
以漆酶10U/g，木質(zhì)素過氧化物酶?υ/g，纖維素酶10U/g的比例組成多酶復(fù)合體，將多酶復(fù)合體和甜菜渣放入酶解緩沖液中，基質(zhì)質(zhì)量(g)與酶解液體積(ml)比為1:10，酶解反應(yīng)的溫度50°C，酶解反應(yīng)進行60 h，測定酶解液中葡萄糖含量，甘蔗渣纖維素酶解率為75%。
[0018]實施例5
以漆酶10U/g，果膠酶U/g，木聚糖酶5 U/g,纖維素酶15U/g的比例組成多酶復(fù)合體，將多酶復(fù)合體和甜菜渣放入酶解緩沖液中，基質(zhì)質(zhì)量(g)與酶解液體積(ml)比為1:20，酶解反應(yīng)的溫度50°C，酶解反應(yīng)進行72h，測定酶解液中葡萄糖含量，甜菜渣纖維素酶解率為69%。
【主權(quán)項】
1.一種包含纖維素酶的多酶協(xié)同酶解甜菜渣的方法，其特征在于以下步驟: (1)選取木質(zhì)纖維素水解酶和木質(zhì)纖維素氧化酶中的一種或幾種任意組合同纖維素酶組成多酶復(fù)合體； (2)在酶解反應(yīng)緩沖液中以一定比例加入含纖維素酶的多酶復(fù)合體和甜菜渣，在一定條件下進行酶解反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于所述步驟(I)的木質(zhì)纖維素水解酶包括木聚糖酶和果膠酶中的一種或幾種任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于所述步驟(I)的木質(zhì)纖維素氧化酶包括漆酶、錳過氧化物酶、木質(zhì)素氧化酶和阿魏酸酯酶中的一種或幾種任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于所述步驟(I)木質(zhì)纖維素水解酶和木質(zhì)纖維素氧化酶的用酶量為Ig底物加酶0.5-30FPU,纖維素酶的用酶量為Ig底物加酶5~50U。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于所述步驟(2)的酶解反應(yīng)緩沖液pH值3~8，基質(zhì)質(zhì)量(g)與酶解液體積(ml)比為1:8~1:40，酶解溫度35~60 °C，酶解時間6~84h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種包含纖維素酶的多酶協(xié)同酶解甜菜渣的方法。底物酶解是纖維素乙醇制備的核心環(huán)節(jié)，提高纖維素酶解率，降低纖維素酶使用成本是實現(xiàn)纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。本發(fā)明利用多酶復(fù)合體協(xié)同酶解甜菜渣纖維素。選取木聚糖酶，果膠酶，漆酶，錳過氧化物酶，木質(zhì)素過氧化物酶中的一種或幾種任意組合同纖維素酶組成多酶復(fù)合體，利用多酶復(fù)合體在一定條件下酶解甜菜渣。相比于傳統(tǒng)的纖維素酶解，本發(fā)明解決了纖維素乙醇制備過程中底物酶解率低，酶解周期長，用酶量大的問題，為甜菜渣高質(zhì)化利用提供了新的方法。
【IPC分類】C12P19-14, C12P19-04
【公開號】CN104726520
【申請?zhí)枴緾N201510120945
【發(fā)明人】李冠華, 李丹, 苑琳
【申請人】內(nèi)蒙古大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月19日