[发明专利]一种以纤维素生物质为原料酶法转化生产葡萄糖酸钠的方法

说明书

本发明公开了一种以纤维素生物质为原料酶法转化生产葡萄糖酸钠的方法，是用原位生产的纤维素酶或者商品纤维素酶对纤维素生物质原料进行水解制备含高浓度葡萄糖的纤维素水解液；再利用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶催化氧化纤维素水解液中的葡萄糖得到葡萄糖酸，并用氢氧化钠中和得到葡萄糖酸钠；其中也可以将葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶进行固定化制备成固定化酶颗粒来催化氧化纤维素水解液得到葡萄糖酸钠。本方法操作简单，生产成本低，无需使用培养基和制备发酵种子，缩短了制备周期，且实验证实葡萄糖转化率较现有方法明显提高，具有较大的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种葡萄糖酸钠的生产方法，尤其涉及一种以纤维素生物质为原料酶法(葡萄糖氧化酶/过氧化氢酶或者这两种酶的固定化酶)转化生产葡萄糖酸钠的方法。

背景技术

木质纤维素可以替代发酵工业中使用的粮食原料，水解之后可以被微生物转化成各种发酵产品，如生物乙醇、生物丁醇、2,3-丁二醇、各种有机酸、生物多糖等。葡萄糖酸钠在工业上具有广泛的用途，可以用作螯合剂、钢铁和玻璃的表面清洗剂，在混凝土行业用作高效缓凝剂、高效减水剂等。黑曲霉液体深层发酵淀粉水解糖是工业上生产葡萄糖酸钠的主要方式，因为菌体生长消耗了部分碳源，转化率在90％-95％之间。淀粉原料成本在葡萄糖酸钠的生产成本中占较大比例，利用木质纤维素来生产葡萄糖酸钠可以减少粮食消耗并有效降低原料成本。尽管利用纤维素水解液生产葡萄糖酸钠可能不适用于食品和医药行业，但全球每年生产的葡萄糖酸钠有接近一半应用于建筑行业，有研究证明不同碳源发酵的葡萄糖酸钠(淀粉糖和木质纤维素水解液)作为水泥缓凝剂在性能上没有区别(ZHANG H,ZHANG J,BAO J.High titer gluconic acid fermentation by Aspergillus niger fromdry dilute acid pretreated corn stover without detoxification[J].BioresourTechnol,2016,203:211-219.)。Zhang等采用干法稀酸预处理玉米秸秆原料，酶法水解后用黑曲霉发酵得到了76.67g/L葡萄糖酸，转化率94.91％，未脱毒的玉米秸秆水解液(cornstover hydrolysate)中存在的糠醛、羟甲基糠醛和乙酸等对黑曲霉的生长存在强烈的抑制，发酵周期长达80-88h(ZHANG H,ZHANG J,BAO J.High titer gluconic acidfermentation by Aspergillus niger from dry dilute acid pretreated corn stoverwithout detoxification[J].Bioresour Technol,2016,203:211-219.)。而对玉米秸秆水解液采用Amorphotheca resinae进行生物脱毒后用Gluconobacter oxydans发酵能够得到132.46g/L的葡萄糖酸和38.86g/L的木糖酸(ZHANG H,LIU G,ZHANG J,etal.Fermentative production of high titer gluconic and xylonic acids from cornstover feedstock by Gluconobacter oxydans and techno-economic analysis[J].Bioresour Technol,2016,219:123-131.)。但由于纤维素水解液中含有的抑制微生物生长的物质，发酵周期往往比使用淀粉或葡萄糖做原料时要长的多，因此需要对水解液进行脱毒处理。脱毒能够减少抑制物的含量或减轻抑制效果，但脱毒过程会增加市场成本。