[发明专利]离子液体下原位酶解纤维素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在离子液体/纤维素均相体系下，纤维素酶原位酶解纤维素的方法。

背景技术

纤维素是世界上最丰富的天然可再生资源之一，纤维素资源化利用一直是研究热点，具有良好的经济利益和应用前景。作为纤维素资源化利用有效途径之一的酶解反应，可使纤维素降解为葡萄糖，进而转化成乙醇、丙酮、丁醇等燃料和化工原料，得到了人们普遍关注。由于纤维素分子间及分子内具有较强的氢键作用，这些氢键使很多纤维素分子共同组成结晶结构，从而纤维素聚合物显示出刚性和高度水不溶性。高效转化纤维素的关键在于降低纤维素的结晶度，使纤维素结构松散，以提高纤维素酶水解的效率和速度，因此，首先要解决的问题是寻找对纤维素有较好溶解能力的溶剂。已知能够有效地溶解纤维素的小分子溶剂主要有LiCl/N，N-二乙基乙酰胺、吗啉类衍生物和有机氟化物等(CN161194A，CN1209473A，CN1201802A)使用这些溶剂的缺点是毒性高、挥发性大、回收率低以及容易导致纤维素酶失活等，属于环境不友好的溶剂，大大限制了对这些溶剂的使用。

近年来离子液体做为一种理想的具有良好纤维素溶解能力的溶剂被研究者广泛关注。Rogers等首先发现离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)在室温可以直接溶解纤维素，破坏纤维素的结晶结构，在提高酶水解速度和降低酶用量等方面显示了巨大潜力。随后1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([AMIM]Cl)、1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐([HeEim]Cl)等相继被证实能够溶解纤维素。

但此类离子液体含有卤素对纤维素酶酶解纤维素的反应起抑制作用，因此常见的研究是采用此类咪唑氯盐离子液体在一定温度下将纤维素溶解，然后用水/有机溶剂进行纤维素再生，最后用纤维素酶对再生纤维素进行酶解，即通常所说的“二步法”，其步骤繁琐，且再生纤维素的有机溶剂用量大。理想的酶解方法是，在离子液体/纤维素的溶解体系中，加入酶进行原位酶解，因此设计合成对纤维素具有良好溶解性，同时对纤维素酶具有良好相容性的离子液体是实现这一设想的关键。

发明内容

本发明的目的是设计合成具有生物相容性的离子液体溶解纤维素破环其晶体结构，实现纤维素酶的原位酶解。

本发明的技术方案是这样实现的：采用1-羟烷基，3-甲基咪唑羧酸盐类离子液体为反应介质，在70-80℃下将微晶纤维素，加入到离子液体中，得到均相溶液，纤维素占离子液体的重量比2-6％。在50-60℃下加入pH为4.8的柠檬酸缓冲液和纤维素酶，柠檬酸缓冲液的加入量为离子液体重量比的5-10％，纤维素酶的加入量为每毫升离子液体1-3mg，反应30分钟至1小时，纤维素转化成还原糖的转化率大于95％。酶解后，通过吸附树脂柱分离离子液体和还原糖，回收后离子液体可多次重复使用。上述1-羟烷基，3-甲基咪唑羧酸盐类离子液体的结构通式如下：

其中n₁为2或4；n₂为0，1，2，3

本发明采用微晶纤维素原料的分子量2.5～5万，聚合度153～300，灰分＜0.6％，粒径25～190μm。

本发明采用的纤维素酶，酶活力：1800u/毫克，pH范围：pH2.5-7.5最佳：pH 4.8，温度范围：30-80℃最佳温度50℃。

发明效果

本发明提供的新型生物相容性离子液体，能很好的溶解纤维素，破坏纤维素分子间和分子内的氢键，使其结构松散，提高了纤维素酶与纤维素间的可及度，增加酶解速率。使用本发明的方法可完全克服纤维素酶解生产过程中溶剂易挥发、污染严重、不易回收的缺点，并且本发明设计的离子液体可多次反复使用，是一种环境友好的高效溶剂。与目前现有的离子液体预处理纤维素的“两步法”酶解相比，简化了实验过程，减少有机溶剂的消耗量，具有明显的先进性，将为纤维素资源的综合利用提供一条新的途径。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。

实施例1：

微晶纤维素原料：分子量2.5～5万，聚合度153～300，灰分＜0.6％，粒径25～190μm。

还原糖量的测定方法

DNS试剂：1.6g DNS和21g NaOH，加入到200mL水中溶解，185g酒石酸钾钠溶于500mL水中，与上溶液混合加入5g结晶酚，5g无水亚硫酸钠搅拌溶解，冷却定容于1000mL容量瓶，储于棕色瓶中7-10天后使用。