[发明专利]利用pH响应型木质素两性表面活性剂促进木质纤维素酶解和回收纤维素酶的方法

说明书

本发明公开了利用pH响应型木质素两性表面活性剂促进木质纤维素酶解和回收纤维素酶的方法。该方法将木质纤维素加入缓冲溶液中，再加入pH响应型木质素两性表面活性剂和纤维素酶，控制混合溶液的pH为4.0～6.2，加热至40～60℃温度下反应24～96h，得到木质纤维素的糖化水解液，通过固液分离后得到酶解液体，再调节酶解液体pH使pH响应型木质素两性表面活性剂和纤维素酶沉淀出来，循环利用。本发明方法不仅可以有效地提高木质纤维素的酶解效率，回收一定的纤维素酶，而且扩大了工业木质素的应用，不需要额外的设备，操作简单，绿色环保。

技术领域

本发明涉及木质纤维素酶解技术领域，特别是涉及利用pH响应型木质素两性表面活性剂促进木质纤维素酶解和回收纤维素酶的方法。

背景技术

木质纤维素生物炼制燃料乙醇是替代汽油有效可行的技术之一。在这一炼制过程中，纤维素酶能否高效水解木质纤维素底物是关键的技术瓶颈。同时，纤维素酶因其具有活力低、耗量大和价格贵等特点，直接阻碍了纤维素乙醇的工业化。实现纤维素酶的高效回收利用是降低生物乙醇成本的重要途径。目前，纤维素酶回收利用技术主要有超滤膜回收、纤维素酶的固定化回收和新鲜底物重吸附法回收。

超滤膜回收可以同时回收纤维素酶中的内切酶，外切酶和β-葡萄糖苷酶，且可以得到较高纤维素酶回收效率，但是超滤膜回收存在着设备贵、超滤膜易堵塞、操作费时、成本高等问题。纤维素酶的固定化可以保持纤维素酶的稳定且利于纤维素酶的回收利用，但是固定化酶与纤维素固体颗粒之间存在很大的传质障碍，且固定化过程会严重影响酶活，因此在木质纤维素酶解体系中目前仅限于纤维二糖酶的固定化回收再用。纤维素酶具有高稳定性和对纤维素的强吸附的特性，使得酶通过新鲜底物吸附回收成为降低纤维素酶成本比例的潜在途径，但是添加新鲜底物回收纤维素酶效率较低，同时也会造成酶解体系中木质素富集，对纤维素的酶解糖化起到消极作用，且该方法无法回收纤维二糖酶。

木质素是自然界中在数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料，制浆造纸工业每年都会得到5000万吨左右的木质素副产品，但超过95％的木质素仍然主要作为工业制浆的废弃物，造纸黑液的排放不仅造成资源的浪费，同时又污染环境，对其进行综合开发利用对经济的发展和环境保护都具有现实意义。纤维素乙醇工业本身也会产生大量的酶解木质素，若能将其应用于降低生物乙醇的生产成本方面将会有巨大的意义。

Lou等发现低分子量高磺化度的木质素可以有效地促进纯纤维素的酶解，高分子量低磺化度的木质素会抑制纤维素的酶解。提出了木质素磺酸盐可以与纤维素酶形成复合物来稳定纤维素酶，并通过改变纤维素的酶解条件得到了验证(cellulose,2014.21:1351-1359.)。

Wang等发现纤维素酶与磺化木质素结合后，纤维素酶与木质纤维素底物中的木质素之间的静电排斥作用增加了，纤维素酶在木质素上的无效吸附减小了，更多的纤维素酶可以参与到纤维素的水解中，实验观察到添加磺化木质素可使预处理后的白杨树和美国黑松的葡萄糖产率分别提高了25.9％和31.8％(biotechnology for biofuels,2013.6:1-10.)。

Lin等将一种由酶解木质素和聚乙二醇通过环氧氯丙烷交联合成的水溶性的木质素聚氧乙烯醚(EHL-PEG)用于促进玉米秸秆的酶解糖化。在EHL-PEG作用下，玉米秸秆的72h酶解效率从16.7％提高到70.1％，而PEG4600为52.3％。当木质纤维素中木质素含量越高，EHL-PEG强化酶解的效果比PEG4600越显著(Bioresource Technology,2015,185:165-170.)。

但是这些研究只是将木质素改性后应用于促进木质纤维素的酶解，并没有在酶解结束后将仍然具有活性的纤维素酶加以回收利用。

发明内容