[发明专利]利用两性表面活性剂促进木质纤维素酶解及降温回收纤维素酶的方法

说明书

本发明公开了利用两性表面活性剂促进木质纤维素酶解及降温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，再加入两性表面活性剂和纤维素酶，加热反应，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，再降低酶解液体温度使两性表面活性剂和纤维素酶同时沉淀出来进行循环利用。本发明方法首次提出了利用两性表面活性剂具有临界溶解温度的特性通过简单的降温回收纤维素酶的方法。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，而且操作简单，不需要额外的设备，绿色环保，回收的纤维素酶保留了很高的活性。

技术领域

本发明涉及木质纤维素酶解技术领域，特别涉及利用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，纤维素酶能否高效酶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、耗量大和价格高等特点,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除了超滤膜回收和新鲜底物重吸附法回收。纤维素酶的固定化也是增加酶的稳定性减少纤维素酶费用的有效办法。

研究者们将纤维素酶固定在二氧化矽晶片，二氧化硅，玻璃微珠，海藻酸钙凝胶珠和磁性纳米颗粒上。由于负载的纤维素酶不溶于水，其对可溶性的羧甲基纤维素有较好的水解能力，但是对于真实的木质纤维素底物酶解效率较低。为了让纤维素酶水解效率高且方便回收，具有环境响应(如温度、pH)的智能高分子成了人们研究的对象，由于调节pH过程需要消耗酸和碱，采用具有温度响应的聚合物来回收纤维素酶更加绿色环保，一些非离子聚合物如聚异丙基丙烯酰胺具有灵敏的温度响应性质，将纤维素酶与这些非离子聚合物采用共价键结合在一起，可以使改性后的纤维素酶具有高温析出和低温溶解的性质。

通过具有酰胺基的甲基丙烯酰胺与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)或N-异丙基甲基丙烯酰胺(NIPMa)的共聚合成了两类具有最低临界溶解温度(LCST)的共聚物。实验合成了LCST在20.9-60.5℃范围内的一系列聚合物。将由嗜热菌Pyrococcushorikoshii产生的内切葡聚糖酶通过5-磷酸吡哆醛转氨以产生含酮蛋白质，然后将转氨后的纤维素酶与含有酰胺键的聚合物共聚合成生物缀合物。在两次再循环后内切葡聚糖酶保持了60％以上的活性，并且与单独的未修饰的酶相比可以产生更多的可溶性糖(Journal of the AmericanChemical Society,2013,135:293-300.)。

通过N-异丙基甲基丙烯酰胺(NIPMA)与丙烯酸甲酯和N-(羟甲基)丙烯酰胺的聚合而成的热响应聚合物(PNMN)用于与纤维素酶以形成生物缀合物。通过小分子猝灭，调节聚合物(PNMN)的LCST为51.6℃，此时回收率为98.5％，通过1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺将纤维素酶共价结合到PNMN合成生物缀合物(PNMN-C)，聚合物-纤维素酶生物缀合物在重复5次水解反应循环后依然保持了其初始活性的85.2％(Journal of MolecularCatalysis B:Enzymatic,2016,128:39-45.)。

但是温敏性高分子负载纤维素酶仍然面临着一些问题：1、在较高的温度下回收纤维素酶，纤维素酶容易失活；2、将纤维素酶接枝在聚合物上时纤维素酶容易失活，3、纤维素酶是个多组分的酶系，其接枝反应和回收率不尽相同，回收影响酶系的活性。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种能耗少，绿色环保，只需要自然或通过制冷设备降低酶解液体的温度就可以回收纤维素酶的利用两性表面活性剂促进木质纤维素酶解并通过降温来回收纤维素酶的方法。

本发明两性表面活性剂需要具备适当的临界溶解温度(UCST)，使其在酶解温度下40～60℃完全溶解在缓冲液中，酶解结束后，可以通过降温的方法从酶解液体中沉淀出来。

本发明的目的通过下述方案实现：