[发明专利]一种提高竹材纤维素高浓酶水解产可发酵糖效率的方法

摘要

本发明公开了一种提高竹材纤维素高浓酶水解产可发酵糖效率的方法，其步骤为：原料切削和筛选；第一步无酸催化的高沸点醇预处理；第一步预处理所得固体基质的分散处理；第二步无酸催化醇/水预处理；第二步无酸催化醇/水预处理所得固体基质的超声处理；超声处理所得固体基质的洗涤；洗涤后固体基质的高浓酶水解。本发明耦合两步预处理和超声处理可高效移除竹材原料中的半纤维素和木素，同时确保纤维素降解率处在较低水平。当固体基质作为酶水解底物的质量浓度为20%时，进一步添加半纤维素酶后，竹材固体基质中纤维素高浓酶水解转化率和葡萄糖回收率分别高达82.34%和75.38%。可避免废液中半纤维素糖的降解和木素的缩合。

主权项

1.一种提高竹材纤维素高浓酶水解产可发酵糖效率的方法，包括如下步骤：（1）选取2~3年生竹材，经削片和筛选后获得三维尺寸为20×15×4mm的竹片，将其作为原料进行后续预处理；（2）第一步高沸点醇预处理，其技术条件为：将步骤（1）制得的竹片原料放入密封后可耐高压的不锈钢小罐内，再往小罐的罐体中加入预处理所需的溶液，将小罐密封后置于油浴反应器中的固定支架上，盖上油浴反应器的盖子后进行预处理，预处理温度200~210℃，温度控制误差为±2℃，预处理时间35~45min，上述预处理所需的溶液为高沸点醇预处理液，所述高沸点醇预处理液由高沸点醇和去离子水组成，其中高沸点醇在高沸点醇预处理液中的体积比以ml: ml计为大于8%小于等于15%；高沸点醇预处理液和竹片原料质量的比值以ml: g计为5~7，油浴反应器支架的转动速度为3~5rpm，预处理完成后，立即将油浴反应器中的小罐取出，用自来水冷却至室温，然后将小罐内的固液混合物在60目的尼龙网袋中过滤，固体和液体分离后得预处理液和固体基质；（3）固体基质的分散处理，其技术条件为：将步骤（2）所得的固体基质在植物粉碎机中进行处理，以降低固体基质中纤维束的尺寸，每次取步骤（2）获得的固体基质20g，装入捣碎罐中，在8000~12000 r/min的剪切搅拌速度下处理20~30s，处理完成后，获得较分散的、纤维状的固体基质；（4）第二步醇/水预处理，将步骤（3）制得的含纤维状的固体基质再次装入密封后可耐高压的不锈钢小罐内，再往小罐的罐体中加入预处理所需的溶液，将小罐密封后置于油浴反应器中进行预处理，其技术条件为：预处理温度160~170℃，温度控制误差为±2℃，预处理时间60~90min，醇/水预处理液由高沸点或低沸点醇和去离子水组成，其中高沸点或低沸点醇在醇/水预处理液中的体积比以ml: ml计为大于等于50%小于等于70%，醇/水预处理液和固体基质绝干质量的比值以ml: g计为8~15，预处理完成后，立即将油浴反应器中的小罐取出，用自来水冷却，然后将小罐内的固液混合物在垫有双层滤纸的布氏漏斗上过滤，将固体和液体分离，得经第二步预处理的固体基质；（5）第二步无酸催化醇/水预处理所得固体基质的超声处理，其技术条件为：将步骤（4）预处理后获得的固体基质装入带有钻孔橡皮塞的三角瓶，往三角瓶中加入新鲜的醇/水混合溶液，其中醇在新配置的醇/水预处理液中的体积比以ml: ml计为大于等于50%小于等于70%，新配置的醇/水预处理液和绝干固体基质质量的比值以ml: g计为8~15，再将此三角瓶放入一个大烧杯中，往烧杯内和三角瓶外的区域加入冰水混合物，然后将超声探头通过钻孔橡皮塞放入到三角瓶中的液体液面2/3以下的位置处，开始进行超声处理，其技术条件为：超声处理的功率为500~700W，超声处理时间30~60min，超声处理完成后，立即将三角瓶取出，然后在垫有双层滤纸的布氏漏斗上过滤，将固体和液体分离，得经超声处理的固体基质；（6）超声处理所得固体基质的洗涤，其技术条件为：将步骤（5）所得的固体基质置于一个大烧杯中，用去离子水对固体基质进行洗涤，所述去离子水与固体基质以体积和质量的比值ml: g计为6~10，磁力搅拌速度为300~600r/min，洗涤时间为30~60min，洗涤温度为室温，重复洗涤1次后，在垫有双层滤纸的布氏漏斗上将固体基质和洗涤液进行分离，得经洗涤处理的固体基质；（7）洗涤后固体基质的高浓酶水解，其技术条件为：将步骤（6）制得的固体基质加入到水热釜的聚四氟乙烯内衬中，将此内衬装入水热釜内，拧紧水热釜的盖子，然后将密封的水热釜安装到空气浴均质反应器的支架上，关上均质反应器的门后开始进行固体基质的高浓酶水解，其技术条件为：固体基质作为底物的质量比浓度为18%~25%，所述%指质量百分比，g: g，空气浴均质反应器的空气温度为55~60℃，温度控制误差为±1℃，支架转动速度为200~250r/min，酶采用纤维素酶、纤维二糖酶和半纤维素酶，所述纤维素酶、纤维二糖酶和半纤维素酶用量分别为15~20FPU/g、22.5~30CBU/g和0.5~2.5mg 蛋白质/g绝干纤维素，所述的纤维素含量是指固体基质中纯纤维素的绝干质量百分比，所采用的缓冲液为醋酸‑醋酸钠缓冲液，缓冲液的浓度和pH值分别为45~50mmol/L和4.5~5.0，酶水解时间为72~96h，酶水解结束后，立即将水热釜从均质反应器中取出，然后用200ml、0.1mol/L的NaHCO3溶液将水热釜聚四氟乙烯内衬中固液混合物洗涤到一个500ml烧杯中，待固液分层后，取上层清液2ml，然后将此清液迅速置于沸水浴中对纤维素酶、纤维二糖酶和半纤维素酶进行灭活处理，处理时间为15min，然后将样品冷却至室温，测定其葡萄糖浓度。