一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法，包括如下步骤：将秸秆浸于氨水中进行预处理，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥；将干燥固体、纤维素水解酶、表面活性剂和水混合，调节pH＝4.5-5.5，酶解，加入保藏编号为CGMCC?No.6634的酿酒酵母菌，进行同步糖化共发酵；固液分离，得到富含乙醇的发酵液体。本发明的方法利用一株可以同时有效利用五六碳糖的酿酒酵母菌(保藏编号为CGMCC?No.6634)并添加表面活性剂进行同步糖化共发酵秸秆，在不降低乙醇产量的情况下降低纤维素水解酶的用量。
【专利说明】一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物质新能源【技术领域】，特别涉及一种通过添加表面活性剂降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法。
【背景技术】
[0002]能源问题、粮食问题已成为当前制约全球经济发展的重要因素。世界各国政府对于以农作物秸杆、农林废弃物等木质纤维素为原料生产乙醇研究也越来越重视。我国燃料乙醇产业的年产量在“十二五”规划中目标是500万吨。目前在能源的使用方面，国内外已经基本达成共识:尽量减少使用化石能源、多使用可再生能源、从而保证世界经济健康而又可持续的发展。我国提出在“十二五”期间要将非化石能源占一次能源消费比重提高到
11.4%,主要污染物排放总量减少8%~10%。由于我国是一个人口众多的农业大国，粮食问题一直是一个关系民生的问题，所以我国发展非粮生物燃料的发展趋势和战略意义是毋庸置疑的。
[0003]近年来，木质纤维素乙醇技术虽然取得了长足的进步，但是依旧停留在中试和示范装置的水平，尚未有商业运行的案例。目前，生化法制备纤维素乙醇技术主要存在三方面的瓶颈:缺乏高效的预处理技术与手段，纤维素水解酶成本偏高和有效利用C5单糖的基因工程菌的构建。在纤维素水解酶成本偏高的情况下，找到一种有效降低纤维素水解酶使用量的方法无疑具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有木质纤维素乙醇生产中纤维素水解酶成本偏高的问题，提出一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法。
[0005]本发明的技术方案概述如下:
[0006]一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法，包括如下步骤:
[0007](I)将秸杆浸于氨水中进行预处理，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥；
[0008](2)将步骤(1)得到的干燥固体、纤维素水解酶、表面活性剂和水混合，调节pH =
4.5-5.5，酶解，加入保藏编号为CGMCC N0.6634的酿酒酵母菌，进行同步糖化共发酵；固液分离，得到富含乙醇的发酵液体。
[0009]步骤(1)优选为，按质量比为1:5-10的比例将秸杆浸于质量浓度为25% -28%的氨水中，在160°C _220°C，进行浸泡预处理20-60min，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥。
[0010]干燥固体、纤维素水解酶、表面活性剂和水的比例优选:lg:5FPU-15FPU:0.01-0.lg:7_10g。
[0011]酶解的时间优选为12-48h。
[0012]加入保藏编号为CGMCC N0.6634的酿酒酵母菌使浓度优选为0.5-7.5g/L。
[0013]同步糖化共发酵的温度优选为33°C _39°C，时间优选为72h_144h。
[0014]秸杆选自玉米秸杆、小麦秸杆、高粱秸杆或水稻秸杆。
[0015]表面活性剂优选为牛血清白蛋白(BSA)、吐温20 (Tween20)或吐温80 (Tween80)。
[0016]本发明的方法利用一株可以同时有效利用五六碳糖的酿酒酵母菌(保藏编号为CGMCC N0.6634)并添加表面活性剂进行同步糖化共发酵秸杆，在不降低乙醇产量的情况下降低纤维素水解酶的用量。
【具体实施方式】
[0017]本发明使用的酿酒酵母命名为SyBE005，已于2012年9月27日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，其保藏编号为CGMCC No6634，建议的分类名为:酿酒酵母Saccharomyces Cerevisiae0并已存活。保藏地址为北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，邮政编码100101，电话010-64807355。
[0018]下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
[0019]下面的实施例是为了使本领域的技术人员能够理好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。
[0020]实施例1
[0021]一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法，包括如下步骤:
[0022](I)在不锈钢反应器内按质量比为1:10的比例将玉米秸杆浸于质量浓度为25%的氨水中，在180°C，进行浸泡预处理30min，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥；
[0023](2)分两组进行:
[0024]第一组:
[0025]按比例为lg、30FPU和1g将步骤(1)得到的干燥固体、纤维素水解酶和水混合；
[0026]第二组:
[0027]按比例为lg、15FPU、0.1g和1g将步骤⑴得到的干燥固体、纤维素水解酶、BSA和水混合；
[0028]两组同时调pH = 4.8，酶解12h ;无菌操作，加入保藏编号为CGMCC N0.6634的酿酒酵母菌使该酵母菌的浓度为2.5g/L，在39°C，150rpm条件下，发酵72h，固液分离，得到富含乙醇的发酵液体。
[0029]第一组和第二组发酵液体最终乙醇浓度分别为34.7g/L和33.4g/L。
[0030]实施例2
[0031]一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法，包括如下步骤:
[0032](I)在不锈钢反应器内按质量比为1:5的比例将小麦秸杆浸于质量浓度为28%的氨水中，在160°C，进行浸泡预处理60min，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥；
[0033](2)分两组进行:
[0034]第一组:
[0035]按比例为lg、20FPU和7g将步骤(1)得到的干燥固体、纤维素水解酶和水混合；
[0036]第二组:
[0037]按比例为lg、10FPU、0.05g和7g将步骤⑴得到的干燥固体、纤维素水解酶、Tween20和水混合；
[0038]两组同时调pH = 5.5，酶解24h ;无菌操作，加入保藏编号为CGMCC N0.6634的酿酒酵母菌使该酵母菌的浓度为7.5g/L，在35°C，150rpm条件下，发酵96h，固液分离，得到富含乙醇的发酵液体。
[0039]第一组和第二组发酵液体最终乙醇浓度分别为30.9和31.8g/L。
[0040]实施例3
[0041]一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法，包括如下步骤:
[0042](I)在不锈钢反应器内按质量比为1:8的比例将高粱秸杆浸于质量浓度为27%的氨水中，在220°C，进行浸泡预处理20min，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥；
[0043](2)分两组进行:
[0044]第一组:
[0045]按比例为lg、10FPU和1g将步骤(1)得到的干燥固体、纤维素水解酶和水混合；
[0046]第二组:
[0047]按比例为lg、5FPU、0.01g和1g将步骤⑴得到的干燥固体、纤维素水解酶、Tween80和水混合；
[0048]两组同时调pH = 4.5，酶解48h ;无菌操作，加入保藏编号为CGMCC N0.6634的酿酒酵母菌使该酵母菌的浓度为5.0g/L，在33°C，150rpm条件下，发酵144h，固液分离，得到富含乙醇的发酵液体。
[0049]第一组和第二组发酵液体最终乙醇浓度分别为28.9和30.5g/L。
[0050]实施例4
[0051]一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法，包括如下步骤:
[0052](I)在不锈钢反应器内按质量比为1:10的比例将水稻秸杆浸于质量浓度为25%的氨水中，在180°C，进行浸泡预处理30min，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥；
[0053](2)分两组进行:
[0054]第一组:
[0055]按比例为lg、15FPU和1g将步骤(1)得到的干燥固体、纤维素水解酶和水混合；
[0056]第二组:
[0057]按比例为lg、7.5FPU、0.05g和1g将步骤(1)得到的干燥固体、纤维素水解酶、Tween20和水混合；
[0058]两组同时调pH = 5.2，酶解12h ;无菌操作，加入保藏编号为CGMCC N0.6634的酿酒酵母菌使该酵母菌的浓度为0.5g/L，在38°C，150rpm条件下，发酵120h，固液分离，得到富含乙醇的发酵液体。
[0059]第一组和第二组发酵液体最终乙醇浓度分别为34.7和35.2g/L。
【权利要求】
1.一种降低同步糖化共发酵中纤维素水解酶用量的方法，其特征是包括如下步骤: (I)将秸杆浸于氨水中进行预处理，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥；(2)将步骤(1)得到的干燥固体、纤维素水解酶、表面活性剂和水混合，调节pH =4.5-5.5，酶解，加入保藏编号为CGMCC N0.6634的酿酒酵母菌，进行同步糖化共发酵；固液分离，得到富含乙醇的发酵液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(1)为，按质量比为1:5-10的比例将秸杆浸于质量浓度为25% -28%的氨水中，在160°C _220°C，进行浸泡预处理20-60min，得到固液混合物，分离，得到预处理后的固体，干燥。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述干燥固体、纤维素水解酶、表面活性剂和水的比例为:lg:5FPU-15FPU:0.01-0.lg:7_10g。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是酶解的时间为12-48h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是加入保藏编号为CGMCCN0.6634的酿酒酵母菌使浓度为0.5-7.5g/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是同步糖化共发酵的温度为33°C_39°C，时间为72h-144h。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述秸杆为玉米秸杆、小麦秸杆、高粱秸杆或水稻稻杆。
8.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是所述表面活性剂为牛血清白蛋白、吐温20或吐温80。
【文档编号】C12R1/865GK104073534SQ201410317197
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】元英进, 朱家庆, 李炳志, 秦磊 申请人:天津大学