[發明專利]同步進行預處理和酶水解的木質纖維素煉制方法

在審

• 申請號: 201910209583.1
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109913507A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 金明杰;陳相雪;翟睿
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明提供了一種同步進行預處理和酶水解的木質纖維素煉制方法，屬于生物煉制技術領域。本發明使用尿素和水解酶直接將木質纖維素轉化成可發酵的糖，尿素在脲酶的作用下，生成氣態氨或是銨鹽對木質纖維素結構進行破壞，水解酶將纖維素和半纖維素轉化成單糖。尿素不僅有助于提高酶水解效果，還可以作為微生物發酵的氮源。本發明工藝實現了預處理和酶水解過程一體化，降低了木質纖維素工業化的成本。

技術領域

本發明屬于生物煉制技術領域，涉及一種同步進行預處理和酶水解的木質纖維素煉制方法。

背景技術

木質纖維素作為最廣泛易于獲取的可再生資源，有望替代化石燃料。當前，木質纖維素轉化進程中，預處理是最關鍵的技術步驟。通過預處理步驟，破壞木質纖維素的結構，改變纖維素的結構，使更多的纖維素和纖維素酶相接觸，進而轉化成發酵糖。傳統的預處理步驟耗能高，且預處理后，需要降溫或者脫毒進行下一步操作，這些都阻礙了木質纖維素的工業化生產。

氨法預處理是一種弱堿預處理，具有低毒性和低腐蝕性，在低溫條件下能夠高效脫木質素，并具有可循環利用等優點。然而，氨法預處理存在如設備要求高，高壓縮，氨氣回收設備成本高等缺點，不利于大規模的應用。在很多氨法預處理中，尿素預處理有很多的優勢，包括：(1)低成本，高氮的試劑；(2)作為微生物生長和代謝的氮源；(3)尿素相對于氨方便運輸，且危險性小(Wang L,et al.High-solid pretreatment of corn stover usingurea for enzymatic saccharification.[J].Bioresour Technol,2018,259:83-90.)。而且尿素通過弱化疏水相互作用和木質素和纖維素酶之間的靜電吸引力，降低木質素跟水解酶的吸附，提高糖的轉化效率。尿素和水、木質素上的羥基形成羥基，破壞酶跟木質素之間氫鍵的聯系。所以酶水解過程中，添加尿素可以增強酶水解效果。在酶水解過程中添加60g/L的尿素，底物的消化率提高了33.1％(Lou H,et al.Effect of Urea on the EnzymaticHydrolysis of Lignocellulosic Substrate and Its Mechanism.Bioenergy Research,2018,11(4):1-10.)。

發明內容

針對目前預處理和酶水解過程分開進行的局限，本發明提供一種同步進行預處理和酶水解的木質纖維素煉制方法。該方法利用尿素和水解酶同步進行生物煉制，降低木質纖維素轉化成目標產品的成本。

本發明的技術方案如下：

同步進行預處理和酶水解的木質纖維素煉制方法，包括以下步驟：

將粉碎或者顆粒化后的木質纖維素原料、尿素溶液、含脲酶試劑和水解酶混合均勻，加熱至30℃～60℃反應0.5～10天；或將粉碎或者顆粒化后的木質纖維素原料、尿素溶液和含脲酶試劑均勻混合，加熱至30℃～60℃反應0.5～10天，然后降至60℃以下，加入水解酶，進行酶水解反應，反應1～5天。

在本發明中，所述的木質纖維素選自小麥秸稈、玉米秸稈、農林廢料、水稻秸稈、高粱秸稈、大豆秸稈、林業廢料、回收木漿纖維、木屑、軟木，硬木以及動物糞便中的一種或者多種。

在本發明中，所述的粉碎木質纖維素的直徑為0.01mm～10cm；木質纖維素顆粒的直徑為0.5mm～10cm。

在本發明中，所述的含脲酶試劑可以是脲酶蛋白質，豆類提取物，豆類根莖，動物的尿或微生物分泌的脲酶蛋白。

在本發明中，所述的水解酶可以是纖維素酶，半纖維素酶，果膠酶和木聚糖酶中的一種或者多種。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明采用尿素預處理，尿素作為高氮化合物，為微生物生長和代謝提供氮源，；并且尿素預處理和多聚糖酶水解過程同步進行，簡化預處理和酶水解過程中的步驟，節約工藝成本。