[发明专利]一种离子液体-复合菌剂体系

说明书

本发明公开了一种离子液体‑复合菌剂体系，包括离子液体和复合菌剂，所述离子液体和复合菌剂形成用于酶解木质纤维素的耦合体系；离子液体含有1‑乙基‑3‑甲基咪唑氯化铁盐；复合菌剂包括潮湿纤维单胞菌、白色链霉菌、热带假丝酵母和白腐菌的发酵液。酶解试验中，酶解液的最高纤维素酶活力为185.1U·mL^‑1、园林生物质的降解失重率达52.6％，比单纯的复合菌剂提高分别59.0％和66.5％，酶解剩余物的木质素含量则减少了35.2％。酶解应用中，园林生物质的酶解周期为18‑26天、高温期持续12‑21天，最高温达62‑72℃，最终降解失重率为47.2‑54.2％，木质素含量下降至8.5‑10.6％。本发明的制备工艺简便、酶解效率显著，可满足集约化、资源化处置利用农林生物质的社会需求和绿色循环的发展理念。

技术领域

本发明属于园林生物质资源化利用技术领域，涉及木质纤维素的酶解应用，具体涉及一种了用于高效酶解园林生物质的离子液体-复合菌剂体系及其制备方法。

背景技术

园林生物质是园艺维护及农林作业所产生的林草修剪物、枯枝落叶、农业秸秆等，其主要成分包括可降解的纤维素、木质素、半纤维素和淀粉等，也包含一些植物营养元素，是参与生态系统物质循环的重要有机资源。木质纤维素是植物组织结构的主要成分，是由葡萄糖聚合物、聚木糖、聚葡萄甘露糖以及苯丙烷类多酚物等以共价键(如氢键、酯键、醚)和非共价键聚合而成的大分子交联体，且在自然条件下不溶于水和各类有机溶剂。木质纤维素不溶于水和各类有机溶剂的理化性质，是其难以快速降解与再利用的直接原因。

生物酶解是促进木质纤维素水解转化为可利用小分子物质的重要途径。为实现园林生物质的高效利用，适当预处理可降低木质纤维素组分内或组分间的分子聚合力，起到减少纤维素结晶度、提高木质纤维素比表面积、释放酶解位点、加快裂解等作用。传统预处理方法，比如化学酸碱消融、物理机械破碎等，常常伴有废气、废水、扬尘和噪音产生。开发或选择环境友好型木质纤维素预处理方式，并与生物酶解耦合是实现园林生物质快速降解、高效利用的关键所在。

离子液体是一种新型绿色溶剂，在室温条件为熔融态的盐，具有强极性、难挥发、易合成、可溶解等优点。离子液体可实现木质纤维素的溶解与再生利用，主要是通过熔融共混模式形成分子内氢键、降低纤维素结晶度，具有促木质纤维素解聚、提高酶解转化率的作用。目前，对木质纤维素溶解效果较好的阳离子主要有咪唑、嘧啶和三乙基季铵等，阴离子主要包括卤素、有机酸、无机酸及其盐、酯等。咪唑型离子液体具热稳定性好、溶解工艺简单、合成成本低廉、预处理应用广泛等优点。现有研究发现，农林秸秆经1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐([Emim]Ac)处理后，木质素含量和纤维素结晶度均发生明显下降，单糖含量得到显著提升；并且，[Emim]Ac可多次重复利用。

纤维素酶是实现木质纤维素水解转化最为重要的工业化生物酶，该酶属于O-糖苷类氧化复合酶，主要包括葡聚糖内切酶(Endoglucanase,EG)、外切酶(Cellobiohydrolase,CBH)和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,β-G)。纤维素酶也是诱导木质素降解酶系产生的核心酶，并协同水解碳水化合物分子内或与非碳水化合物分子间的糖苷键，起到解聚木质纤维素的作用。自然条件下，纤维素酶是腐生在富含腐殖质土壤或有机质中的微生物代谢表达的产物。产纤维素酶的微生物主要包括粘菌属(Cytophaga sp.)和杆菌属(Cellulomonassp.)细菌、链霉菌属(Streptomyces sp.)和诺卡氏菌属(Ncardiac sp.)放线菌以及具有显著利用率和渗透力的真菌，如曲霉属(Aspergillus sp.)、青霉属(Penicillium sp.)和木霉属(Trichoderma sp.)。其中，黄孢原毛平革菌，即白腐菌(Phanerochaetcchrysosporium)被认为是产纤维素酶剂量最大、酶活力最高和水解纤维素能力最强的模式菌。