[发明专利]一种木质纤维素酶解糖化的方法

说明书

本发明涉及一种木质纤维素酶解糖化的方法，是在木质纤维素酶解过程中，加入多肽，所述多肽的序列为CH₃CO‑A_nK‑NH₂（3≤n≤9），A代表丙氨酸，K代表赖氨酸。本发明采用多肽作为酶解助剂，提高了酶解效率和可发酵糖浓度，具有糖化率高、助剂使用量少等特点。

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种木质纤维素酶解糖化的方法。

背景技术

作为丰富廉价的可再生资源，纤维素是自然界含量最丰富的生物质之一，占全球生物质总量的50%，每年全球绿色植物体光合作用产生的干物质可达1.55×10¹¹吨，包括农林业废弃物、废纸、能源作物等，而目前大部分未利用而丢弃，其中碳水化合物含量高达75%，可以作为可发酵糖的重要来源生产液体燃料和其它化学品。随着石油资源的短缺以及人们对能源、环境问题重视程度的日益提高，利用纤维素生物质为原料，转化为可代替化石能源的生物质能源，已成为当今的科学研究热点，也是缓解能源危机与环境污染的有效途径之一。

目前木质纤维素原料的主要利用途径为纤维素和半纤维素水解产生还原糖，还原糖经过发酵产生乙醇和丁醇等生物能源产品，或者乳酸、柠檬酸等化学品，因此木质纤维素的水解糖化是其利用的关键环节。

纤维素酶可以在较低温下、高度专一地对纤维素进行水解，通过酶将固体纤维转变为可溶性糖，由于酶解反应糖损耗低、副产物少、条件温和，是木质纤维素被彻底降解而不会对环境造成污染的一条有效途径，因此备受关注，是目前采用较多的一种方法。然而，由于木质纤维素结构复杂，细胞壁中的半纤维素和木质素通过共价键连接形成复杂的网络结构，纤维素镶嵌其中，纤维素的晶体结构使其在常温下性质稳定而不易发生水解，使得木质纤维素酶解效率不高，高的纤维素转化率要求较高的酶负荷，使得生产过程不够经济。提高纤维素酶解效率的方法有多种，一是对原料预处理，如酸、碱、高温、蒸汽爆破等预处理来降低木质纤维素中半纤维素和木质素对水解的影响，但预处理后的木质纤维素中仍然存在木质素，其对纤维素酶的无效吸附会导致纤维素酶解效率降低；二是选择高活性的纤维素复合酶和水解条件，但成本加大；三是在酶解体系中加入可促进酶解的助剂，如表面活性剂以及牛血清白蛋白（BSA），其能够提高木质纤维素酶解效果，降低木质素对酶的无效吸附，从而可以减少酶用量。

Li等（Colloids and Surfaces B：Biointerfaces，2012，89(1)：203-210）研究发现当PEG4000添加量为2%，底物浓度50g/L，纤维素酶ACCELLERASE 1000酶加量25mg/g纤维素时，纤维素的转化率增加了22%。Brethauer等（Bioresource Technology，2011，102(10)：6295-6298）研究了在不同反应条件下BSA对微晶纤维素和玉米秸秆酶解的影响，实验证实，BSA通过减少外切酶的失活和促进底物粒度、结晶度减小两种方式促进酶解，在摇瓶中酶解72 h，两种底物的酶解产率提高26%。

CN107177645A公开了一种利用两性表面活性剂促进木质纤维素酶解的方法，以C₈H₁₈(CH₃)₂N⁺(CH₂)OSO₃^-等作为酶解助剂，对纯纤维素的酶解没有抑制作用，可以使木质纤维素酶解糖化得率提高13.7~72.1%。

综上所述，助剂的添加可以提高木质纤维素酶解效果，降低木质素对酶的无效吸附，从而可以减少酶用量。因此，在不改变反应条件下，建立高效、绿色化技术和方法将是未来纤维素水解研究的重要研发方向。

发明内容

针对现有技术存在的酶解效率低及可发酵糖浓度低的问题，本发明提供了一种木质纤维素酶解糖化的方法。本发明方法采用多肽作为酶解助剂，提高了酶解效率和可发酵糖浓度。