[发明专利]非淀粉类多糖酶在谷物深加工上的应用

说明书

本发明涉及纤维素、半纤维素水解领域，具体的涉及非淀粉类多糖酶在谷物深加工上的应用，提供了一种淀粉类谷物，特别是玉米发酵生产乙醇的方法，包括在农作物的原料液化、糖化、发酵、酵母扩培任一步骤添加包括木聚糖酶、阿拉伯糖苷酶、阿魏酸酯酶、纤维素酶或其复合酶的非淀粉类多糖酶。该方法使得玉米发酵过程中提高酒精产出，大幅降低醪液粘度，降低泵送粘度，节约能耗；同时可以最大限度降低半纤维素、纤维素的亲水性，大幅降低湿基DDG的含水率，从而提高DDGS生产过程中的浓缩和干燥效率，降低蒸汽用量，进一步节约能耗。

技术领域

本发明涉及纤维素、半纤维素水解领域，具体地，涉及非淀粉类多糖酶单酶及其复合酶在淀粉类谷物深加工过程中的应用，更具体地涉及如木聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、阿魏酸酯酶、纤维素酶等非淀粉类多糖酶在玉米发酵生产生物燃料乙醇中的应用。

背景技术

自然界中，纤维素通常发现于例如植物的茎、叶、壳、皮和穗。在生物质的初生细胞壁中的主要多糖是纤维素，第二丰富的是半纤维素，第三是果胶。细胞停止生长之后产生的次生细胞壁也含多糖，并且它通过与半纤维素共价交联的聚合木质素得到强化。虽然纤维素通常是多形的，但在植物组织中发现的纤维素主要是平行葡聚糖链的不溶性结晶基体。半纤维素中木聚糖是其代表性主要组分，半纤维素结构非常复杂，主链是D-吡喃木糖通过β-1，4糖苷键连接形成，侧链上连接有阿拉伯糖、阿魏酸酯基、葡萄糖醛酸、乙酰基等不同的取代基，因此，木聚糖的完全降解需要多个酶的共同作用才能完成。其中，木聚糖酶作为主酶以内切的方式作用于木聚糖的主链，阿拉伯呋喃糖苷酶和阿魏酸酯酶则是侧链降解酶，对主链的降解起到重要的促进作用。在谷物中纤维素和半纤维素含量丰富，提高它们生物降解性能具有深远的生物学意义。玉米这类农作物侧链结构支链化程度非常高的底物，侧链水解酶的作用至关重要。

玉米、小麦、大麦、黑小麦、高粱、大米等淀粉类作物的非淀粉类多糖含量如表1所示，可知折算到干基的玉米非淀粉类多糖的含量大于8％。

表1：主要作物非淀粉类多糖含量(％，干基)：

t：未检测到。

玉米等农作物的深加工可以优化产业结构、延长产业链、增加产品附加值，是解决三农问题的一个重要措施。比如可以生产乙醇(燃料和可饮用的)、平台化学制剂酸(如柠檬酸、乳酸、氨基酸)、醇(1,3丙二醇、丁醇)、酮、酯等。

以粮食(淀粉类和糖类)为原料生产的生物乙醇是第一代生物燃料；以秸秆、草、玉米芯和秆、碎木等农业废弃物或非粮作物为主的纤维素乙醇是第二代生物燃料。世界范围内燃料乙醇的生产目前以一代乙醇为主，美国以玉米原料为主是最大的生产国。1.5代生物燃料是指以含皮玉米籽粒(包括脱胚或未脱胚)为原料生产的生物乙醇，是介于一代乙醇和二代乙醇的桥梁。截至2017年7月末，中国玉米库存量高达2.6亿吨，为去库存以玉米为主陈化粮食将作为中国燃料乙醇的主要原料，因此研究如何提高1.5代生物燃料的生产效率是当务之急。对整个玉米深加工行业而言，将玉米籽粒中的这部分纤维素、半纤维素进行有效转化意义重大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种淀粉类谷物发酵生产乙醇的方法，所述生产方法包括谷物原料液化、糖化及发酵的步骤，其特征在于，包括在谷物发酵生产过程中添加非淀粉类多糖酶。

其中，所述添加非淀粉类多糖酶的工段选自原料液化、糖化及发酵的任一步骤，特别是发酵步骤。

本发明中所指淀粉类谷物，具体包括但不限于玉米、高粱、小麦、大麦、燕麦、黑麦、大米、木薯、甘薯等，均含有纤维素和/或半纤维素。在一个实施方案中，所述淀粉类谷物选自玉米、高粱、小麦、大麦、燕麦、黑麦、大米、木薯或甘薯，特别是玉米，更特别是含皮玉米籽粒(包括脱胚或未脱胚)。