[发明专利]采用木质纤维素制备葡萄糖酸钠的方法

说明书

本发明提供了以木质纤维素类农林废弃物为原料生产葡萄糖酸钠的方法，包括以下步骤：(1)预处理：对木质纤维素原料进行预处理，得到木质纤维素底物。(2)糖化：将木质纤维素底物转移至厌氧发酵罐的培养基中，加入纤维素酶制剂，水解反应得到含有葡萄糖的糖液；(3)粗制：当糖液中葡萄糖浓度达到10‑100g/L后，使糖液进入具有葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的固定床反应器；在35‑55℃通入空气至溶氧饱和，使葡萄糖氧化为葡萄糖酸，控制pH为5.5‑8.0，使葡萄糖酸转化为葡萄糖酸钠。(4)精制：得到葡萄糖酸钠。所述工艺采用了用于催化木质纤维素糖化的纤维素酶制剂，从而解决了葡萄糖酸钠原料受限、工艺复杂和产率不高的问题。

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用木质纤维素原料制备葡萄糖酸钠的方法。

背景技术

葡萄糖酸钠是一种葡萄糖酸的钠盐，是葡萄糖的深加工产品，也是葡萄糖酸内酯，葡萄糖酸盐(锌、铜、亚铁盐)等的基础原料。目前，葡萄糖酸钠的生产方法主要有生物发酵及酶催化法、均相化学氧化法、电解氧化法以及多相催化氧化法等四种方法；在工业生产上以多相催化氧化法和微生物发酵法为主。其中，多相催化氧化法采用稀有金属作为主要催化剂，价格昂贵，限制了该方法的应用范围和发展空间。微生物发酵法在近几年发展迅速为工业化生产的主流方法，但也存在高抗逆菌种选育困难、培养周期长、副产物较多、后期提纯成本高等问题。因此，开发新型的基于酶催化的微生物技术对葡萄糖酸钠的大规模生产具有重要意义。

目前，基于酶催化的葡萄糖酸钠生产技术中，一般都是采用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的双酶催化法。发明专利申请201410707720提供了“一种酶法制备葡萄糖酸钠的方法”，采用葡萄糖为原料，将葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下，与氧气和水发生氧化反应生产葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的作用下分解成为水和氧气，而葡萄糖酸则和氢氧化钠发生中和反应生产葡萄糖酸钠。微生物发酵法及双酶法制备葡萄糖酸钠的生产水平和利润水平主要取决于原料成本，即，葡萄糖酸钠的价格主要受是其原材料玉米淀粉和蔗糖价格的影响。为了降低成本，主要的葡萄糖酸钠生产企业，如山西西王集团，都分布在玉米主产区，这严重限制了葡萄糖酸钠行业的发展。在建筑行业大量规划的背景下，我国葡萄糖酸钠的需求量逐年增加，但目前的产能和经济性远不能满足需求，因此，开发葡萄糖酸钠的低成本新型制备原料以及配套的生物制备技术具有必要性和广阔的应用前景。

木质纤维素是一类供应丰富且环境友好的可再生生物质，包括秸秆、废纸浆、稻壳、酒糟等农林废弃物。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。其中，纤维素是由葡萄糖组成的。因此，木质纤维素生物质是潜在的廉价葡萄糖原料，发展以木质纤维素原料为底物的葡萄糖酸钠的生产方法，可以显著降低葡萄糖酸钠的生产成本，并同时解决农林废弃物的综合利用问题。

目前，木质纤维素的糖化技术中，一般都是采用真菌来源的纤维素酶。发明专利申请201580023287.2提供了“酶促水解木质纤维素材料和发酵糖的方法”。采用真菌来源的纤维素酶存在效率和成本上的不足，这主要因为纤维素酶制剂的需要在单独的反应器中通过微生物发酵制备，且制备的工艺与纤维素水解条件不同，生产步骤繁琐复杂，人力物力需求和设备投入等成本显著增加，使得木质纤维素的糖化过程不具有市场竞争力，因此基于真菌来源纤维素酶制剂的糖化技术难以实现大规模的工业应用。

已知纤维小体是热纤梭菌等厌氧细菌生产的一种具有复杂结构和组分的多酶复合体，是自然界中已知的最高效的纤维素降解体系之一。纤维小体包括脚架蛋白等非催化单元以及具有不同催化活性的酶单元，并通过多级脚架蛋白和不同纤维小体酶类具有的多类型组装模块间特异性的非共价相互作用，将不同的功能组分组装成为分子量超过兆道尔顿的超分子多酶复合体。纤维小体组分和结构还具有时空调控特性，以适应木质纤维素的复杂成分，从而保证了其高效降解活力。此外，纤维小体还通过脚架蛋白或纤维素酶上所具有的纤维素结合模块和挂壁模块与底物及细胞组成三元复合体，纤维小体和细胞间的协同作用可以进一步提高了木质纤维素的糖化效率(专利文件EP2013355)。