[發明專利]一種能提高玉米纖維糖轉化率制備糖化液的纖維素酶系及其應用

在審

• 申請號: 202110412300.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113061597A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 趙建;郭英杰;李雪芝;曲音波
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12N9/42
• 分類號: C12N9/42;C12N9/40;C12N9/24;C12N9/18;C12P19/14;C12P19/02;C12P7/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

本發明公開了一種能提高玉米纖維糖轉化率制備糖化液的纖維素酶系，是以草酸青霉酶系為主酶系，添加木聚糖酶和阿拉伯呋喃糖苷酶制得的復合纖維素酶系；或者是在上述基礎上進一步添加α?半乳糖苷酶、阿魏酸酯酶中的一種或兩種制得的復合纖維素酶系；其中，所述復合纖維素酶系由濾紙酶活力不低于5FPU/mL的草酸青霉酶系、酶活力不低于500U/mL的木聚糖酶、酶活力不低于50U/mL的阿拉伯呋喃糖苷酶、酶活力不低于100U/mL的α?半乳糖苷酶、酶活力不低于5U/mL的阿魏酸酯酶按照體積比1000:100?200:10?20:0?20:0?20配制。與出發酶系相比，本發明產品提高了單位玉米的乙醇得率，實現了由玉米到燃料乙醇的高效轉化，同時乙醇蒸餾后得到的酒糟蛋白質大大提高，利于加工成高品質飼料。

技術領域

本發明屬于生物技術領域，涉及一種能提高玉米纖維糖轉化率制備糖化液的纖維素酶系及其應用。

背景技術

燃料乙醇指以生物質為原料通過生物發酵等途徑獲得的可作為燃料用的乙醇。第一代燃料乙醇以糖質和淀粉質作物為原料進行生產，存在“與人爭糧”的弊端，生產規模和發展受到限制。第二代燃料乙醇則是以可再生的木質纖維素生物質為原料，符合可持續發展的理念，是發展的趨勢。木質纖維素生產燃料乙醇一般包括原料預處理、酶解糖化、乙醇發酵三個步驟。然而目前以農業廢棄物如秸稈等為原料生產燃料乙醇，由于預處理和酶解糖化用酶的成本高，影響了規模化生產。基于此開發新的纖維原料來源，對促進燃料乙醇的發展有重要意義。

目前，我國燃料乙醇的生產中，玉米原料的占比較高，據統計，玉米淀粉乙醇約占我國總燃料乙醇產量的50％。但現有以玉米為原料生產乙醇的工藝中，主要是利用玉米中的淀粉，而玉米纖維未被有效利用，一般其作為副產物被加工成DDGS，作為飼料進行出售，造成了原料的浪費，也降低了單位玉米的乙醇產率。另一方面，在淀粉加工、檸檬酸生產等以玉米為原料的加工生產行業，每年也產生大量的玉米纖維，這部分玉米纖維目前也未獲得有效利用，一般也是作為飼料出售。

玉米纖維豐富的來源使它成為一種很有前途的生物質原料。由于玉米纖維中殘留淀粉、纖維素和半纖維素的含量約占總干重的70％，如能有效利用玉米纖維中的纖維素、半纖維素和淀粉，將其轉化成乙醇、檸檬酸等化學品，則不僅可以實現資源的有效利用，還可以增加單位原料的終產品產量，具有重要意義。據預估，在傳統玉米淀粉乙醇生產中，如果將玉米纖維酶解糖化發酵轉化成乙醇，可以提高玉米乙醇總產量的10％以上。

利用玉米纖維生產乙醇、檸檬酸等燃料和化學品，關鍵步驟是利用酶將玉米纖維中的纖維素和半纖維素水解生成可發酵糖。由于玉米纖維中除纖維素組分以外，還富含半纖維素且半纖維素糖的組成和結構較為復雜，包含阿拉伯糖、半乳糖、阿魏酸、葡萄糖醛酸等取代基，因此，若要將其徹底水解，需要一個由纖維素酶和半纖維素酶組成的復合酶系，依靠多種酶類的共同作用才能實現，且相對而言，對酶系中半纖維素酶組分的要求更高。如美國ICM公司，采用纖維分離技術，將分離的玉米纖維經過稀酸處理，再經過商品酶水解和酵母發酵轉化成乙醇，使得乙醇總產量提高了5％左右；如Syngenta公司則是將α-淀粉酶、葡萄糖糖化酶、木聚糖酶和植酸酶等酶基因直接表達在玉米胚乳中，減少了商品酶制劑用量；如Edeniq公司主要采用膠體磨技術將玉米纖維打碎，再添加淀粉酶和纖維素酶進行同步糖化發酵，DDGS蛋白質含量明顯提高；但這些公司都沒有研發出一種專門用于玉米纖維水解的酶制劑，而是采用了普通的商品酶制劑，專一性不強，水解效率不高。如專利CN201811277689.7將含有阿魏酸酯酶的黑曲霉發酵液與里氏木霉發酵液按照一定體積比復配獲得復合纖維素酶系，在同步糖化發酵中添加這種酶系可將玉米纖維中殘余的纖維素和淀粉進一步水解，但其半纖維素酶種類匱乏，對于玉米纖維中半纖維素的利用率很低。如專利201911209469.5利用超聲輔助鹽酸水解玉米纖維，經微生物水解后通過濃縮和蒸汽處理得到玉米纖維水解液，與未預處理的玉米纖維相比水解液中總糖濃度有一定提升，但在此過程中耗能較高，同時會產生抑制物影響后續反應。