专利名称：磺化木质素在木质纤维原料酶水解糖化中的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于酶工程技术领域，具体涉及一种磺化木质素在木质纤维原料酶水解糖化中的应用。
背景技术：
化石能源的日渐枯竭严重制约着世界文明的发展与进步，寻找可替代的再生资源成为世界各国的研究重点。上世纪70年代以来，生物能源作为一种可再生的潜在能源得到各国研究者的青睐。同时，生物能源的应用还能减少由传统的化石能源使用过程中带来的温室气体CO2及少量含硫、含氮的有害气体，有效地缓解温室效应。作为第二代生物燃料，木质纤维原料具备产量大，成本低等特点使其具备更加明朗的发展前景。利用木质纤维原料制备生物乙醇主要包括预处理、酶水解、发酵和蒸馏四个步骤。其中预处理和酶水解是决定生物乙醇生产成本和生产效率的关键步骤。木质纤维原料主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素。在植物组织中，纤维素本身具有结晶结构，半纤维 素与木质素以共价键形式结合，并紧紧地包围着纤维素，形成了一种坚固的天然屏障，使催化剂和一般微生物很难与纤维素接触并使其降解。通过预处理可以打破纤维素、半纤维素和木质素之间的连接，破坏纤维素的结晶结构，分离或脱除部分半纤维素和木质素，增加木质纤维原料的孔隙度，提高酶对纤维素的接触比表面积和可及性。作为植物细胞壁的三大组成成分之一，木质素一直被认为是抑制植物纤维原料生物转化的主要障碍。在生物质通过酶水解转化成液体燃料过程中，木质素与酶的无效吸附以及木质素给酶与纤维素接触造成的通道阻碍被认为是影响木质纤维原料转化成液体燃料效率的主要原因。因为植物纤维原料结构的复杂性，研究木质素在生物转化过程中的行为以及木质素与酶的相互作用十分困难。研究者通过往反应底物中添加各种木质素，或减少反应底物中木质素含量以及对反应底物中的木质素进行改性来研究木质素对酶水解的影响。许多实验表明，降低反应底物中的木质素含量有利于提高底物中糖的酶水解转化率。因此，各种有利于脱除原料木质素的预处理方法被广泛采用，例如碱法预处理。近年来，酶的高效利用和酶回收越来越受到人们的广泛关注，因为酶的高成本极大制约着木质纤维原料生产燃料乙醇的商业化进程。因此，能提高酶水解效率的助剂急需要被开发。但是，在酶水解过程中添加助剂无疑会增加额外费用，所以低成本、来源丰富、易获得、易制备、效率高的添加剂才更有应用前景。酶水解添加剂需要满足以下条件:能作用于酶的最高活性温度；不能对后续发酵产生不利影响；能有利于提高底物的酶水解效率；能有利于减少酶的使用量；能有利于缩短酶水解时间。研究较多的酶水解助剂有表面活性齐U、牛血清蛋白、具有环氧乙烷结构的聚乙烯醇(PEG)、蒽醌等。磺化木质素，是经过磺化改性的木质素，具有较好的溶解性能和表面活性，能溶于水，现已在较多行业获得广泛应用，如作为混凝土减水剂、粘结剂、农药分散剂、染料分散剂
坐寸ο
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供磺化木质素在木质纤维原料酶水解糖化中的应用。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:磺化木质素在木质纤维原料酶水解糖化中的应用。其中，所述的磺化木质素可以购自于市场或者自行制备得到。自行制备，则可以由含有木质素的物料改性制备得到，所述的含有木质素的物料为植物纤维原料、制浆废液或
酶解残渣。制浆是造纸前的一个工序，是将木质纤维原料通过物理或者化学的方法制成纤维状的细浆，用于造纸。制浆废液里有从木质纤维原料脱除的木质素。酶解残渣是指木质纤维原料经过纤维素酶水解后残余的含有木质素的固体部分。磺化木质素自行制备的具体制备方法例如，可以将硫酸盐制浆废液经浮油回收后，进行酸沉淀得到硫酸盐木质素，取硫酸盐木质素加水溶解，用碱调节溶液PH值至11后，离心分离除去下层泥沙等碱不溶物，清液用10wt%硫酸调pH值至9，离心分离，弃去上层清液，沉淀物用蒸馏水经多次洗涤，至中性。所得沉淀物真空干燥后，用作后续反应的原料。称取Ig木质素样品，配成25%的浓度,加入亚硫酸钠1.3mmol,转入125mL不锈钢反应罐中，在160°C下反应3小时，得到磺化木质素(参考文献:杨益琴，李忠正，改性木材硫酸盐木质素制备染料分散剂的研究，林产化学与工业，23 (4)，31-36)。制备磺化木质素的方法不局限于上述的一种，只要在木质素分子的侧链或者苯环上接有磺酸基即可制备磺化木质素，反应式如下，中间一个是反应物，第一个和第三个都是产物磺化木质素，由于化学药品用量(亚硫酸钠/甲醛)、反应温度、时间的不同会得到不同磺化度(磺化度表征了木质素分子接上磺酸基的概率，即每克木质素中磺酸基的含量)不同分子量(200 10000不等)的产品。
权利要求
1.磺化木质素在木质纤维原料酶水解糖化中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的磺化木质素购自于市场或者自行制备得到。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的磺化木质素由含有木质素的物料改性制备得到。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的含有木质素的物料为植物纤维原料、制浆废液或酶解残渣。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的木质纤维原料为针叶木、阔叶木或禾本科植物。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将磺化木质素加入醋酸-醋酸钠缓冲液中，再加入预处理后的酶解底物木质纤维原料中，混合均匀后，加入酶液，进行酶水解糖化反应。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的磺化木质素的加入质量为预处理后的木质纤维原料质量的I 50%。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的酶解底物浓度范围为I 10wt%
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的酶为纤维素酶、木聚糖酶和β-纤维二糖酶的混合物；三种酶单位体积的酶活比为纤维素酶:木聚糖酶:β -纤维二糖酶=IFPU:1.2FXU:lCBUo
10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，酶水解糖化反应温度为40 50°C，反应时间为12 120h，搅拌条件下进行酶水解糖化反应，搅拌转速150 200r/min。
全文摘要
本发明公开了磺化木质素在木质纤维原料酶水解糖化中的应用。本发明通过在酶解过程中加入磺化木质素，不仅可有效提高酶水解糖化效率，缩短酶解保留时间，同时还可以减少酶用量，提高酶的活性，降低木质纤维原料生产生物能源的酶水解成本。
文档编号C12P19/14GK103194504SQ20131007915
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者金永灿, 王旺霞, 谷峰, 杜晶 申请人:南京林业大学