[发明专利]利用秸秆制备香草醛和4-乙烯基愈创木酚的方法

说明书

本发明涉及一种利用秸秆制备香草醛和4‑乙烯基愈创木酚的方法。该方法的步骤包括：（1）粉碎秸秆粒径小于1mm；（2）利用纤维素酶糖化（1）的秸秆；（3）利用阿魏酸酯酶处理步骤（2）中得到的液体；（4）用枯草芽孢杆菌、青霉、酵母和纤维素酶对（3）中的液体进行转化，制备香草醛和4‑乙烯基愈创木酚。秸秆的生物炼制，如秸秆的生物乙醇转化，其主要问题是纤维素酶成本高，如果能够在其转化过程中制备出香草醛和4‑乙烯基愈创木酚这种高附加值产品，乙醇的生产成本就可以大幅度降低。

技术领域

本发明涉及农作物废弃物秸秆的综合利用。特别是一种利用秸秆制备香草醛和4-乙烯基愈创木酚的方法。

背景技术

香草醛被认为是世界上最重要的香料之一，从一种叫香草的兰花的荚中获得，被广泛应用于食品、饮料、香水以及制药行业。根据联合国粮农组织统计数据库记录，香草豆的产量印度尼西亚最高（2600吨），其次是马达加斯加（1946吨）、中国（1300吨）、墨西哥（395吨）、汤加（202吨）和科摩罗（66吨）。由于天然香草醛产量少且成本高，使用替代品生产香草醛的重要性逐渐提高。化学合成的香草醛主要是从化石碳氢化合物产生的，合成香草醛的产量因为其价格低廉逐年增加，但是，因为有些生产工艺可能造成环境和健康相关的问题，而被禁止。4-乙烯基愈创木酚是一种挥发性酚类化合物，被广泛应用于食品、饮料、医药和香料等行业，对人们的日常生活起到重要作用。4-乙烯基愈创木酚具有丁香般的辛辣香气，是德国劳赫啤酒和比利时小麦中一种可感知的风味成分。同时，4-乙烯基愈创木酚因为其抗癌和抗氧化的功能而具有药用价值。4-乙烯基愈创木酚可以通过化学合成、天然植物提取和生物转化合成。然而，从天然植物中获得的4-乙烯基愈创木酚数量有限，不能满足日益增加的市场需求。目前，市场上的4-乙烯基愈创木酚是用化学合成生产的，但是消费者更偏好更环保和更自然的产品。欧洲和美国的食品立法也指出风味物质可以通过微生物或酶法制备。因此，生物转化制备4-乙烯基愈创木酚和香草醛成为当务之急。

传统处理秸秆的方式采用田间焚烧，其排放物会产生温室气体和空气污染物，这些物质会加剧环境污染，威胁人类健康。秸秆是种来源广泛的可再生能源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，能够通过生物转化为可用材料和生物燃料，包括乳酸和乙醇。在用纤维素酶对秸秆进行预处理糖化的过程中，纤维素酶具有较强的水解纤维素释放葡萄糖糖的能力，阿魏酸酯酶还能够释放糖化液中的酚酸。酚酸可以转化成为4-乙烯基愈创木酚后和香草醛。目前，市场上的香草醛和4-乙烯基愈创木酚多为化学合成，可能具有一定的安全问题。因此，通过生物法获得这些天然产物引起了人们的兴趣和关注。

发明内容

本发明的目的在于提高以秸秆生物炼制过程中生产高附加值，而提供了一种秸秆制备香草醛和4-乙烯基愈创木酚的方法，降低秸秆生物炼制成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用秸秆制备香草醛和4-乙烯基愈创木酚的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a. 粉碎秸秆粒径小于1mm；

b. 利用纤维素酶糖化步骤a所得秸秆，得含糖化后秸秆的糖化液；

c. 将步骤b所得糖化液进行灭活后，用阿魏酸酯酶进行处理，得到阿魏酸酯酶处理后的糖化液；

d. 用微生物转化步骤c所得的糖化液，得到香草醛和4-乙烯基愈创木酚。

上述的步骤b的具体步骤为： 将步骤a所得粉碎秸秆浸没在浓度范围为5～20FPU/g纤维素酶溶液中，调节pH值调为3～12，在25～65℃条件下、200 rpm条件下进行糖化36～48 h，得到纤维素酶糖化后的粉碎秸秆。