[发明专利]一种米曲霉发酵液、由该发酵液制备的玉米秸秆糖液及制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种米曲霉发酵液及其制备方法，该发酵液中含有锰过氧化物酶活性100～10000U/L，内切纤维素酶酶活性150～3000U/L，β‑葡聚糖酶酶活性150～3000U/L，β‑甘露聚糖酶酶活性50～2000U/L；并且还提供了利用玉米秸秆为主要原料，通过米曲霉发酵液，添加过氧化氢溶液降解玉米秸秆制备玉米秸秆糖液的工艺技术；采用此工艺具有生产周期短、占用场地小、生产成本低、糖得率高的优点；并且制备的玉米秸秆糖液经浓缩可以用作生产丁醇、乙醇和其他发酵工业的碳源原料。

技术领域

本发明属于发酵工程和酶工程两大领域，特别涉及一种米曲霉发酵液、由该发酵液制备的玉米秸秆糖液及制备方法和用途。

背景技术

我国是农业大国，每年农作物秸秆年产量逾6亿吨，除少量被用作纺织、造纸行业外，大部分以堆积、焚烧的形式倾入环境，既浪费资源也给环境造成极大地危害。

绝大部份工业微生物都是有机营养生物(异养型)，所以最普通的能源来自碳源，如碳水化合物、脂类和蛋白质。同时细胞基本的碳也是来源于碳源。在发酵工业中所使用的碳源大部分来自糖类化合物。目前主要的糖类化合物来自植物的淀粉，因此导致发酵工业存在着与人争粮的问题。同时由于科学技术的迅速发展，对能源的需求越来越大，目前的能源主要是化石能源，少量的风能和水能，这些能源越来越不能满足社会发展的需求，因此寻找新的能源也成为迫在眉睫的问题。

植物的秸秆含有30％左右的纤维素、25％左右的半纤维素、15％左右的木质素，是天然的碳水化合物的来源。尤其纤维素和半纤维素，主要成分是碳水化合物，是微生物发酵工业最天然的来源。但秸秆中存在着木质素等不易降解的化合物，主要是因为秸秆中纤维素、半纤维素与木质素的结合方式：木质素与半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在中间，使降解木质素的酶不易与纤维素分子接触；加上木质素的水不溶性、复杂的化学结构，也给降解带来极大的困难。到目前为止秸秆作为农业废弃物，或者被燃烧或者直接弃之，既污染了环境，又浪费了资源。因此，如何降解木质素开发利用秸秆资源成为农业可持续发展的首要问题。

目前降解秸秆的方法主要有物理处理、化学处理和生物处理。物理处理主要有高压蒸汽爆破、挤压膨化和微波热解。高压蒸汽爆破是将物料和水放在密闭容器中，加热到一定的温度，保持压力4.0MPa左右几秒到几分钟，然后突降压力对物料进行爆破，使得半纤维素和木质素连接层破坏，使纤维素露出更多的活性基团，能够与纤维素酶分子充分接触而降解。挤压膨化是将秸秆加水调质后输入挤压腔，依靠秸秆与挤压腔中螺套壁及螺杆之间相互挤压、摩擦作用，产生热量和压力，当秸秆被挤出喷嘴后，压力聚然下降，从而使秸秆体积膨大的工艺操作。这两种方法成分较高，需要大型的设备，木质素还需要处理；微波热解是以非热的形式引起热效应，加速离子与其他分子的碰撞，快速地旋转偶极子。但这种方法目前也只是限于在试验室中，很难形成大规模的优势产业。化学处理法主要有稀酸处理、碱处理和氨水处理。稀酸处理是利用硫酸水解糖苷键、酯键等，使玉米秸秆纤维的网状结构疏松，但是该方法耗用大量的有机酸或无机酸，木质素仍需要进一步处理，不适应大规模的工业化生产。碱处理和氨水处理是利用木质素溶于碱性溶液，与酸处理一样同样存在环境污染问题。这些方法普遍都存在反应条件较难掌握，反应温度高，处理时间长，占用空间大，处理效果不理想，不能去除木质纤维素等问题。近年来生物处理秸秆越来越受到人们的重视，生物处理方法主要包括青贮、微贮和酶解。青贮就是在厌氧条件下，利用秸秆本身所含有的乳酸菌等有益菌将饲料中的糖类物质分解产生乳酸，抑制或杀死其他各种有害微生物，如腐败菌、霉菌等，从而达到长期保存饲料的目的。微贮与青贮的原理非常相似，只是在发酵前通过添加一定量的微生物添加剂如秸秆发酵活杆菌、白腐真菌、酵母菌等，然后利用这些微生物对秸秆进行分解利用，使秸秆软化，将其中的纤维素、半纤维素及木质素等有机碳水化合物转化为糖类，最后发酵成为乳酸和其他一些挥发性脂肪酸，从而提高瘤胃微生物对秸秆的利用率。但是生物处理方法周期太长，占用场地较大，特别是耗氧降解更是如此。酶解法是选择能够水解纤维素、半纤维素和木质素的单一或复合酶类，在满足酶作用条件下对秸秆进行处理，从而降低纤维性物质比例，提高可溶性糖含量的方法。利用微生物降解木质素的关键是微生物能够分泌降解秸秆的酶。