[发明专利]一种利用杨木酶法制备高浓度单糖溶液的方法

说明书

本发明涉及一种利用杨木酶法制备高浓度单糖溶液的方法，将杨木与乙酸‑双氧水溶液混合，进行预处理反应；将所述预处理反应完毕的预处理液与杨木进行固液分离，将预处理后的杨木滤渣和碱液混合，进行碱预处理；将所述碱预处理后的处理液和杨木碱处理滤渣进行固液分离，将碱处理滤渣水洗至中性，得到预处理原料；将所述预处理的原料、柠檬酸钠缓冲液和纤维素酶混合，进行酶解。该方法采用两步预处理脱除了杨木中大量的木质素和乙酰基，提高了杨木中葡聚糖的含量和酶水解效率，实现了利用杨木制备高浓度单糖溶液。该方法具有酶解液单糖浓度高、酶解效率高、试剂可回收、操作简单等特点，适于杨木生物转化制备生物能源和高值化学品。

技术领域

本发明属于林业生物质生物降解和转化技术领域，具体涉及杨木酶解制备高浓度单糖溶液的方法。

背景技术

在生物质生物转化过程中，采用高底物浓度酶解可得到高浓度的糖液，利用其发酵制备生物能源和化学品可降低后续发酵和纯化的成本，对生物质高值化利用有着重要意义。

杨木生长速度快，生长周期短，环境适应性强，种植面积十分广泛，是生产生物能源和生物质化学品的重要原料。

由于杨木抗降解屏障强，木质素含量高，其酶解过程中存在着酶解得率低、酶剂量大等问题，因此，酶解过程中采用高浓度的杨木制备高浓度的单糖酶解液十分困难。例如，Tian D等人在2017，Biotechnol Biofuels.10:157中采用两步法预处理杨木，然后每克干物质添加高达32mg纤维素酶解时，杨木的葡萄糖得率仅为70％。Zhang等人报道中(Bioresource Technology,2009,100(23)：5890-5897)，在使用了一种特殊的搅拌装置下，在预处理杨木的酶解底物浓度为20％时，经酶解后其纤维素转化率低于85％，其葡萄糖浓度最高为158mg/mL。Chandra等人(Bioresource Technology,2016,199：135-141)对10％底物浓度的预处理杨木进行了酶解，在纤维素酶的添加量为20mg蛋白/g底物下，杨木的酶解得率仅为80％，其中葡萄糖浓度低于61mg/mL，木糖浓度低于3mg/mL，单糖浓度低于64mg/mL。Hu等人(Bioresource Technology，2015,186:149–153)采用蒸汽爆破预处理杨木进行了20％的底物浓度酶解，其使用的复配纤维素酶添加量高达60mg蛋白/g底物，然而杨木的酶解液葡萄浓度低于142mg/mL(葡萄糖得率低于85％)，木糖浓度低于19mg/mL，总单糖得率低于164mg/mL。由此可见，传统的预处理方式所处理的杨木在酶水解过程中普遍存在着酶解得率不高、酶解液单糖浓度偏低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用杨木制备高浓度单糖溶液的方法。本发明提供的乙酸-双氧水和氢氧化钠先后处理杨木可极大的提高杨木酶解得率和酶解液中的单糖浓度；所制备的杨木酶解液单糖浓达250mg/mL以上。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案；

本发明提供了一种利用杨木酶法制备高浓度单糖溶液的方法，包括以下步骤：

(1)将杨木与乙酸-双氧水溶液混合，进行预处理反应；

(2)将所述预处理反应完毕的预处理液与杨木进行固液分离，将预处理后的杨木滤渣和碱液混合，碱预处理；

(3)将所述碱预处理后的处理液和杨木碱处理滤渣进行固液分离，将碱处理滤渣水洗至中性，得到预处理原料；

(4)将所述预处理的原料、柠檬酸钠缓冲液和纤维素酶混合，进行酶解。

优选的，步骤(4)所述预处理原料的重量与柠檬酸钠缓冲液体积比为150～250mg：1mL；所述柠檬酸钠缓冲液的pH为5.0～6.0。

优选的，步骤(4)所述纤维素酶的用量为每克预处理原料添加酶活20～40FPU的纤维素酶。