[發(fā)明專利]一種水熱預處理與高溫混合酶協(xié)同降解植物生物質(zhì)的方法

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111690702A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 邱衛(wèi)華
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明屬于植物生物質(zhì)原料高效降解技術領域。針對植物生物質(zhì)原料水熱預處理對木質(zhì)素降解效果甚微，微生物預處理菌種種類稀缺、處理周期較長、糖分損耗較大等問題，提供一種水熱預處理與高溫混合酶協(xié)同降解植物生物質(zhì)的方法。本發(fā)明包括以下步驟：1)植物生物質(zhì)原料前處理；2)植物生物質(zhì)原料水熱預處理；3)嗜熱毀絲霉的發(fā)酵培養(yǎng)；4)嗜熱毀絲霉粗酶液的制備；5)水熱預處理植物生物質(zhì)原料的嗜熱毀絲霉粗酶液降解。本發(fā)明所提供的技術方案具有能耗低、半纖維素和木質(zhì)素組分降解效率高、纖維素組分回收率高、過程綠色環(huán)保等優(yōu)點。

【技術領域】

本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源高效利用技術領域，特別涉及一種水熱預處理與高溫混合酶協(xié)同降解植物生物質(zhì)的方法。

【背景技術】

利用新型工業(yè)模式將植物生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高附加值的生物能源、材料及大宗化學品，已成為許多國家的重要發(fā)展戰(zhàn)略和科學研究的熱點領域。要將低值化的植物生物質(zhì)原料變成制備高值化產(chǎn)品的原料，首先需要構建高濃度的“糖平臺”。因此，突破抗生物和酶攻擊的天然屏障成為實現(xiàn)植物生物質(zhì)原料技術經(jīng)濟性合理的前提與關鍵。

預處理技術可以打破植物生物質(zhì)原料的致密結構，增大其表面孔徑和表面積，從而提高原料的纖維素酶解率及后續(xù)微生物的多糖利用率。在眾多預處理法中，高溫水熱預處理因無需添加任何化學試劑，環(huán)保高效，可去除大量半纖維素和部分木質(zhì)素，同時副產(chǎn)物含量低等優(yōu)點，被認為是一種低成本綠色預處理方法。然而，水熱預處理主要水解半纖維素，對于原料中的木質(zhì)素降解效果甚微。而木質(zhì)素是制約植物生物質(zhì)原料后續(xù)酶解糖平臺構建的關鍵因素。因此，多種預處理方法的組合處理是得到高濃度糖平臺的主要方法。植物生物質(zhì)原料的生物預處理利用微生物及其分泌的酶來達到降解生物質(zhì)的目的。它是一種低成本、低能耗，環(huán)境友好的成本及能耗較低的預處理方法。將物理化學預處理方法與生物預處理方法協(xié)同作用將有助于實現(xiàn)植物生物質(zhì)原料的高效解聚。然而，目前植物生物質(zhì)降解菌株多以常溫菌株褐腐菌和白腐菌為主，存在種類稀缺、周期較長以及糖分損耗較大等問題。且所分泌的酶制劑的耐熱性較差。嗜熱毀絲霉(Myceliophthora thermophile)是一種可產(chǎn)生具有高熱穩(wěn)定性纖維素分解酶的嗜熱真菌，同時還是漆酶的工業(yè)生產(chǎn)菌。它分泌的這些酶制劑具有很高的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明的目的在于提供一種以嗜熱毀絲霉分泌酶制劑協(xié)同水熱預處理高溫降解植物生物質(zhì)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

【發(fā)明目的】

針對水熱預處理對于植物生物質(zhì)原料中木質(zhì)素降解效果甚微，微生物預處理存在菌種種類稀缺、處理周期較長以及糖分損耗較大等問題，本發(fā)明的目的是，提供一種水熱預處理與高溫混合酶協(xié)同高效降解植物生物質(zhì)原料的方法。

【技術方案】

本發(fā)明提供了一種水熱預處理與高溫混合酶協(xié)同降解植物生物質(zhì)的方法，包括以下步驟：1)生物質(zhì)原料前處理；2)生物質(zhì)原料水熱預處理；3)嗜熱毀絲霉的培養(yǎng)；4)嗜熱毀絲霉粗酶液的制備；5)水熱預處理植物生物質(zhì)原料的嗜熱毀絲霉粗酶液降解。

本發(fā)明所述的植物生物質(zhì)原料包括玉米秸稈、小麥秸稈、棉桿、甘蔗渣、玉米芯、木屑、芒草、花生殼中的一種或幾種。

本發(fā)明所述的植物生物質(zhì)原料前處理包括清洗、剪切、粉碎至40～60目。

本發(fā)明所述的植物生物質(zhì)原料，其特征在于，多種生物質(zhì)原料水熱預處理時，各原料按照等質(zhì)量進行混合。

本發(fā)明步驟2)所述的生物質(zhì)原料水熱預處理參數(shù)為：生物質(zhì)原料水熱預處理是在具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應釜中進行。水熱預處理參數(shù)為：生物質(zhì)原料與蒸餾水按照一定固液比混合浸潤后，一并加入高溫高壓反應釜反應罐中，加熱到預設的溫度后，恒溫處理保持一定時間，反應結束后迅速冷卻至室溫。

本發(fā)明步驟3)所述的嗜熱毀絲霉培養(yǎng)參數(shù)為：以葡萄糖土豆汁培養(yǎng)基為進行嗜熱毀絲霉的培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為30～50℃，180～200rpm振蕩培養(yǎng)5～7d。