[發(fā)明專利]一種利用表面活性劑提高煙稈酶解效果的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610168317.5
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105603021B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王風(fēng)芹;宋安東;付晨青;任天寶;謝慧
• 申請（專利權(quán)）人: 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;周闖

本發(fā)明公開了一種利用表面活性劑提高煙稈酶解效果的方法，旨在提高煙稈的酶解糖化效率。該方法是以蒸汽爆破預(yù)處理的煙稈為原料，通過在反應(yīng)體系中添加纖維素酶、木聚糖酶和表面活性劑對原料進(jìn)行酶解糖化，以實現(xiàn)木質(zhì)纖維素原料轉(zhuǎn)化率的大幅提高。本發(fā)明通過使用表面活性劑，重點解決了纖維素酶在木質(zhì)素表面的無效吸附情況，使纖維素酶可充分作用于纖維素，從而提高了底物水解效率；同時在煙稈中有毒物質(zhì)煙堿的存在下，減少了酶的失活并保證了酶的穩(wěn)定性，可有效減少酶的用量；另外，所采用原料為煙草生產(chǎn)中的下腳料，來源廣泛，成本低廉，不僅避免了煙草廢棄物隨意丟棄對環(huán)境造成的污染，而且有利于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源的高效綜合利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于木質(zhì)纖維素酶解糖化的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用表面活性劑提高煙稈酶解效果的方法。

背景技術(shù)

我國煙草的種植面積和產(chǎn)量均居世界之首，其帶來的經(jīng)濟(jì)價值十分可觀。據(jù)統(tǒng)計，在完成煙葉的采收后，每年會產(chǎn)生約150萬噸煙稈。由于煙農(nóng)意識薄弱，這些煙稈廢棄物或被隨意丟棄于田間地頭，或被直接曬干焚燒，不僅對空氣和環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，而且是對農(nóng)業(yè)剩余物資源的浪費(fèi)。煙稈中含有植物堿、有機(jī)酸、糖類、蛋白質(zhì)、淀粉和果膠等重要化合物，目前，對煙稈的資源化利用研究主要集中于對這些成分的提取再利用。值得關(guān)注的是，煙稈中纖維素含量高達(dá)38%～45%，與玉米秸稈、稻草秸稈和高粱稈等農(nóng)作物秸稈非常接近；煙稈中還含有豐富的糖類，其中葡萄糖和木糖是含量最豐富的單糖，分別占到了74.33%和10.45%，此外，還包含甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖等小分子多糖。由此可以表明，煙稈也可作為一種較好的木質(zhì)纖維素原料用以生物乙醇等生物基產(chǎn)品的生產(chǎn)，不但可以合理利用煙稈，增加煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入，也可以減輕環(huán)境污染，有助于煙草生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

目前，隨著資源匱乏、能源短缺和環(huán)境污染等全球性問題的日益加劇，新型能源的研究已越來越受到重視。其中，纖維素乙醇由于其清潔可再生的特點，已成為最適合的替代能源之一。農(nóng)作物莖稈等木質(zhì)纖維類物質(zhì)是纖維素乙醇生產(chǎn)的原料，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成。半纖維素和木質(zhì)素包裹在纖維素周圍，形成了致密復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，極大地阻礙了纖維素酶與纖維素表面的可及性；同時，纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及木質(zhì)素的保護(hù)作用也致使其難以被降解。因此，對原料進(jìn)行高效的預(yù)處理和纖維素酶解是制取生物乙醇的關(guān)鍵技術(shù)。

表面活性劑可以解決纖維素酶在水解過程中的無效吸附情況，促進(jìn)其與纖維素表面的接觸并去除木質(zhì)素的抑制，從而提高酶解效率。本發(fā)明以廢棄煙稈為原料，采用蒸汽爆破預(yù)處理，通過在酶解反應(yīng)體系中添加表面活性劑，能有效提高纖維素向可發(fā)酵糖的轉(zhuǎn)化水平，對于煙草廢棄物的資源化利用、木質(zhì)纖維素乙醇的研究生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種操作工藝簡單、設(shè)備投資少和生產(chǎn)成本較低的利用表面活性劑提高煙稈酶解效果的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種利用表面活性劑提高煙稈酶解效果的方法，包括以下步驟：①原料的預(yù)處理：將煙稈進(jìn)行粉碎，粉碎后的煙稈進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理；②物料的酶解糖化：向經(jīng)蒸汽爆破預(yù)處理后的煙稈中加入水，攪拌成均勻的固液混合物，煙稈和水的固液比為1kg:5L～1kg:8L，將固液混合物的pH值調(diào)節(jié)至4.6～4.8；然后按15～20FPU/g煙稈加入纖維素酶，200～300U/g煙稈加入木聚糖酶，0.0005～0.1g/g煙稈加入表面活性劑，于45～48℃、120～150r/min振蕩酶解糖化48～60h，酶解糖化結(jié)束后過濾得到纖維水解液。

優(yōu)選的，所述步驟①中煙稈粉碎后的粒度為1～3cm，蒸汽爆破預(yù)處理工藝條件為蒸汽壓力2.0～2.5MPa，保壓時間為1.5～2.5min。

優(yōu)選的，所述步驟②中表面活性劑為吐溫80（Tween80）或牛血清白蛋白（BSA）。