[發明專利]一種提高堿性預處理木質纖維原料酶解得率的方法

有效

• 申請號: 201610348523.4
• 申請日: 2016-05-24
• 公開（公告）號: CN105779527B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 賴晨歡;勇強;唐碩;陳牧;李鑫;徐勇;歐陽嘉;余世袁
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C12P19/12
• 分類號: C12P19/12;C12P19/02
• 代理公司: 南京申云知識產權代理事務所(普通合伙) 32274
• 代理人: 邱興天

技術領域

本發明涉及可發酵性糖的制備工藝，具體涉及一種提高堿性預處理木質纖維原料 酶解得率的方法。

背景技術

隨著人類社會對化石資源需求的日益增長和過度開采，地球上化石資源不可避免 地面臨著枯竭殆盡的命運；而大量化石資源的使用所引發的溫室效應及近年來爆發的霧霾 污染則演變成為人類所面臨的另一大挑戰；同時，以石油資源為原料生產的不可降解塑料 制品的大量使用所造成的“白色污染”已成為社會一大公害，急需尋找可降解新材料。因此， 我國能源結構調整刻不容緩，利用可再生的生物質資源生產生物能源、生物基化學品和生 物材料是我國可持續發展的長效機制。

玉米是我國重要的糧食作物，每年所產生的玉米秸稈總量極其可觀。玉米秸稈的 焚燒所造成的大氣污染問題亟待解決，因此玉米秸稈的規模化利用也備受關注。木質纖維 原料生物煉制成能源或化學品是玉米秸稈規模化、有效利用的途徑之一。玉米秸稈中的纖 維素在纖維素酶催化下可降解成單糖，繼而被不同微生物發酵成各種能源或化學品。與其 它纖維素廢棄物一樣，玉米秸稈中纖維素、半纖維素和木質素形成致密的結構，不利于纖維 素酶對纖維素的作用。其中，底物中木質素的存在對纖維素酶水解有阻礙作用，其抑制機制 包括對纖維素酶進攻的空間位阻作用及對纖維素酶的無效吸附作用。通常認為，預處理過 程中木質素脫除率越高，木質纖維原料中纖維素暴露得越多，越有利于后續的纖維素酶水 解。堿法預處理及有機溶劑預處理對木質素的脫除效果顯著，但由于有機溶劑預處理對預 處理設備要求高，以及具有爆炸的安全隱患等問題，工業化應用可能性較低。堿法預處理常 用于制漿造紙行業，且成熟的藥品回收技術使得堿法預處理成為木質纖維預處理的常用方 法之一。在堿法預處理過程中，木質素的醚鍵與酯鍵大量斷裂，使得木質素大量溶出。研究 表明，用堿量及預處理溫度與木質素的脫除率呈正比。但在堿預處理過程中，過高的用堿量 及預處理溫度會導致嚴重的剝皮反應，從而降低纖維素與半纖維素的回收率。

木質素對纖維素酶水解的抑制程度不僅受木質素含量的影響，與木質素的理化性 質與化學結構也密切相關。堿預處理物料中的殘余木質素可通過吸附纖維素酶，降低有效 纖維素酶濃度，從而增加纖維素酶用量及酶水解的成本。木質素與纖維素酶蛋白之間的相 互作用力主要包括疏水作用、靜電作用及氫鍵作用。大量文獻報道了通過添加非離子型表 面活性劑可干預纖維素酶與木質素之間的相互作用，從而提高木質纖維原料酶水解性能。 近年來報道了木質素經聚乙氧基接枝修飾制備兩親性木質素基表面活性劑。在纖維素酶水 解過程中添加木質素基表面活性劑，同樣可顯著促進纖維素酶水解。目前，聚乙氧基接枝修 飾方法僅用于木質素樣品，需將原料中木質素分離后進行化學改性，再添加至酶水解體系 中，從而起到提高預處理物料酶水解得率的效果。此工藝過程過于復雜，不適合規模化工業 生產，因此需簡化聚乙氧基接枝修飾木質素提高纖維素酶解得率的工藝過程。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供提高堿性預處理木 質纖維原料酶解得率的方法，通過在預處理過程中添加聚乙氧基醚共處理底物，達到提高 酶水解得率的目的。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種提高堿性預處理木質纖維原料酶解得率的方法，包括原料預處理和酶水解步 驟；在所述的預處理步驟中，添加聚乙二醇二縮水甘油醚共處理底物。

所述的聚乙二醇二縮水甘油醚g/g用量為5-30％，按物料絕干重計，優選為10％。

所述的預處理步驟為：木質纖維原料于堿用量10-40％，聚乙二醇二縮水甘油醚用 量10％，固液比1:10g/mL，70℃下共處理3h。優選為：木質纖維原料于堿用量10％，聚乙二醇 二縮水甘油醚用量10％，固液比1:10g/mL，70℃下共處理3h。

在所述的酶水解步驟中，所用的酶為纖維素酶，是以木霉、曲霉或細菌產生的能降 解纖維素成葡萄糖的纖維素酶的一種或多種酶的復合物。

所述的酶水解纖維素g/mL濃度為2-10％。

所述的提高堿性預處理木質纖維原料酶解得率的方法，具體步驟如下：

1)木質纖維原料預處理固液比為1:10，堿用量為10-40％，聚乙二醇二縮水甘油醚 用量為5-30％，預處理時間為1.5-4.0h；