[發(fā)明專利]采用木質(zhì)纖維素制備葡萄糖酸鈉的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810939181.2
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109022506B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔球;劉亞君;祁寬;馮銀剛
• 申請（專利權(quán)）人: 青島中科潮生生物技術(shù)有限公司
• 主分類號: C12P7/58
• 分類號: C12P7/58
• 代理公司: 山東康裕律師事務(wù)所 37311
• 代理人: 傅培

本發(fā)明提供了以木質(zhì)纖維素類農(nóng)林廢棄物為原料生產(chǎn)葡萄糖酸鈉的方法，包括以下步驟：(1)預(yù)處理：對木質(zhì)纖維素原料進行預(yù)處理，得到木質(zhì)纖維素底物。(2)糖化：將木質(zhì)纖維素底物轉(zhuǎn)移至厭氧發(fā)酵罐的培養(yǎng)基中，加入纖維素酶制劑，水解反應(yīng)得到含有葡萄糖的糖液；(3)粗制：當糖液中葡萄糖濃度達到10?100g/L后，使糖液進入具有葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶的固定床反應(yīng)器；在35?55℃通入空氣至溶氧飽和，使葡萄糖氧化為葡萄糖酸，控制pH為5.5?8.0，使葡萄糖酸轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸鈉。(4)精制：得到葡萄糖酸鈉。所述工藝采用了用于催化木質(zhì)纖維素糖化的纖維素酶制劑，從而解決了葡萄糖酸鈉原料受限、工藝復(fù)雜和產(chǎn)率不高的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用木質(zhì)纖維素原料制備葡萄糖酸鈉的方法。

背景技術(shù)

葡萄糖酸鈉是一種葡萄糖酸的鈉鹽，是葡萄糖的深加工產(chǎn)品，也是葡萄糖酸內(nèi)酯，葡萄糖酸鹽(鋅、銅、亞鐵鹽)等的基礎(chǔ)原料。目前，葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)方法主要有生物發(fā)酵及酶催化法、均相化學氧化法、電解氧化法以及多相催化氧化法等四種方法；在工業(yè)生產(chǎn)上以多相催化氧化法和微生物發(fā)酵法為主。其中，多相催化氧化法采用稀有金屬作為主要催化劑，價格昂貴，限制了該方法的應(yīng)用范圍和發(fā)展空間。微生物發(fā)酵法在近幾年發(fā)展迅速為工業(yè)化生產(chǎn)的主流方法，但也存在高抗逆菌種選育困難、培養(yǎng)周期長、副產(chǎn)物較多、后期提純成本高等問題。因此，開發(fā)新型的基于酶催化的微生物技術(shù)對葡萄糖酸鈉的大規(guī)模生產(chǎn)具有重要意義。

目前，基于酶催化的葡萄糖酸鈉生產(chǎn)技術(shù)中，一般都是采用葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶的雙酶催化法。發(fā)明專利申請201410707720提供了“一種酶法制備葡萄糖酸鈉的方法”，采用葡萄糖為原料，將葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下，與氧氣和水發(fā)生氧化反應(yīng)生產(chǎn)葡萄糖酸和過氧化氫，過氧化氫在過氧化氫酶的作用下分解成為水和氧氣，而葡萄糖酸則和氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng)生產(chǎn)葡萄糖酸鈉。微生物發(fā)酵法及雙酶法制備葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)水平和利潤水平主要取決于原料成本，即，葡萄糖酸鈉的價格主要受是其原材料玉米淀粉和蔗糖價格的影響。為了降低成本，主要的葡萄糖酸鈉生產(chǎn)企業(yè)，如山西西王集團，都分布在玉米主產(chǎn)區(qū)，這嚴重限制了葡萄糖酸鈉行業(yè)的發(fā)展。在建筑行業(yè)大量規(guī)劃的背景下，我國葡萄糖酸鈉的需求量逐年增加，但目前的產(chǎn)能和經(jīng)濟性遠不能滿足需求，因此，開發(fā)葡萄糖酸鈉的低成本新型制備原料以及配套的生物制備技術(shù)具有必要性和廣闊的應(yīng)用前景。

木質(zhì)纖維素是一類供應(yīng)豐富且環(huán)境友好的可再生生物質(zhì)，包括秸稈、廢紙漿、稻殼、酒糟等農(nóng)林廢棄物。木質(zhì)纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大部分組成。其中，纖維素是由葡萄糖組成的。因此，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是潛在的廉價葡萄糖原料，發(fā)展以木質(zhì)纖維素原料為底物的葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)方法，可以顯著降低葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)成本，并同時解決農(nóng)林廢棄物的綜合利用問題。

目前，木質(zhì)纖維素的糖化技術(shù)中，一般都是采用真菌來源的纖維素酶。發(fā)明專利申請201580023287.2提供了“酶促水解木質(zhì)纖維素材料和發(fā)酵糖的方法”。采用真菌來源的纖維素酶存在效率和成本上的不足，這主要因為纖維素酶制劑的需要在單獨的反應(yīng)器中通過微生物發(fā)酵制備，且制備的工藝與纖維素水解條件不同，生產(chǎn)步驟繁瑣復(fù)雜，人力物力需求和設(shè)備投入等成本顯著增加，使得木質(zhì)纖維素的糖化過程不具有市場競爭力，因此基于真菌來源纖維素酶制劑的糖化技術(shù)難以實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。

已知纖維小體是熱纖梭菌等厭氧細菌生產(chǎn)的一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和組分的多酶復(fù)合體，是自然界中已知的最高效的纖維素降解體系之一。纖維小體包括腳架蛋白等非催化單元以及具有不同催化活性的酶單元，并通過多級腳架蛋白和不同纖維小體酶類具有的多類型組裝模塊間特異性的非共價相互作用，將不同的功能組分組裝成為分子量超過兆道爾頓的超分子多酶復(fù)合體。纖維小體組分和結(jié)構(gòu)還具有時空調(diào)控特性，以適應(yīng)木質(zhì)纖維素的復(fù)雜成分，從而保證了其高效降解活力。此外，纖維小體還通過腳架蛋白或纖維素酶上所具有的纖維素結(jié)合模塊和掛壁模塊與底物及細胞組成三元復(fù)合體，纖維小體和細胞間的協(xié)同作用可以進一步提高了木質(zhì)纖維素的糖化效率(專利文件EP2013355)。