本发明涉及生物技术领域，特别涉及一种由棉短绒直接制备微晶纤维素的方法。
背景技术：
微晶纤维素（MCC）是天然纤维素水解后达到极限聚合度的极细微的白色短棒状或无定形结晶粉末，极限聚合度（LODP）在15-375（葡萄糖单元）；不具纤维性而流动性极强。目前，微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业。
微晶纤维素的原料很多都是用木材和棉花，成本较高。棉短绒是所有纤维原料中纤维素含量最丰富的，含量在93%以上（相对棉短绒干基质量）。因而，用棉短绒取代棉花和木材制备食品及医药级的微晶纤维素是个很好的选择。
然而现有技术采用棉短绒需要先制备出天然纤维素，然后再进行水解，工序复杂，得率低且所得微晶纤维素质量差、纯度低。现有技术尚未发现采用棉短绒直接制备微晶纤维素的方法。
技术实现要素：
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种工艺简单、微晶纤维素得率高且所得微晶纤维素质量非常好的由棉短绒直接制备微晶纤维素的方法。
本发明的技术方案为：
一种由棉短绒直接制备微晶纤维素的方法，包括步骤：
1）将经过预处理的棉短绒置于汽爆分离器中，加入棉短绒质量1-20倍的水，采用稀碱液调节pH7.2-9，通入惰性气体，使棉短绒均匀分布，预浸10-30分钟；
2）加入复合蛋白酶，间歇1-3分钟，通入惰性气体，酶解10-80分钟；加入常温型α-淀粉酶，酶解10-80分钟；再加入绿色木霉分泌的纤维素酶，酶解20-120分钟；酶解完毕后通入蒸汽升温至60-85℃，保温2-30分钟，灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶，所述常温型α-淀粉酶的适宜温度为22-35℃；
3）灭酶后，向汽爆分离器中加入碱至碱液质量浓度为1-10%，接着向汽爆分离器中通入惰性气体，将汽爆分离器内空气排净、封口；通入水蒸汽至温度升至50-100℃；然后间歇性向汽爆分离器内通入惰性气体，以维持汽爆分离器内压力为1-2MPa，蒸煮30-180分钟后喷放；
4）喷放浆状物趁热固液分离，得滤渣一和滤液一；
5）将滤渣一置于漂白罐，加入滤渣一1-10倍质量的水，搅匀，加入双氧水至双氧水的质量分数为2%-5%，于40-80℃下保温20-120分钟，进行漂白处理；
6）漂白处理完毕后固液分离，得滤渣二和滤液二；滤渣二采用水洗涤；
7）洗涤后的滤渣二经干燥、粉碎，得微晶纤维素成品。
作为优选方案，步骤1）中，所述棉短绒的预处理为：棉短绒开包、疏解、去杂、除尘。
作为优选方案，步骤2）中，所述微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌的获取步骤具体为：将地衣芽孢杆菌的培养液置于微波发生器，设置微波功率为850-950W，脉冲频率为2300MHz，微波处理20s，冷却20s，依此往复25-35次；将微波处理后的培养液涂布在固体培养基上，30℃条件下培养1-2天，由存活下来的菌落中筛选四株常温下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢杆菌的变异菌株。
进一步的，选出常温下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢杆菌的变异菌株扩大培养，从而获得所述常温型α-淀粉酶。采用该方法获得的常温型α-淀粉酶，在常温下即可高效酶解淀粉，既降低了能耗，又避免了副反应的发生。
作为优选方案，所述复合蛋白酶中具备内肽酶活性的碱性蛋白酶与具备端肽酶活性的蛋白酶K的比例为1:1-3。
作为优选方案，所述复合蛋白酶的加入量满足每千克干基棉短绒400-800U，所述常温型α-淀粉酶的加入量满足每千克干基棉短绒300-700U；所述绿色木霉分泌的纤维素酶的加入量满足每千克干基棉短绒200-900U。
作为优选方案，步骤3）中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或氢氧化钙。
作为优选方案，所述惰性气体为氮气、氦气或氩气。
作为优选方案，步骤6）中，滤渣二采用水洗涤2-4遍。
作为优选方案，步骤7）中，所述干燥为热风干燥、流化床干燥、冷冻干燥；干燥温度低于90℃。
本发明的有益效果为：
本发明使用特殊的蛋白酶、特殊的常温型淀粉酶在常温下成功高效脱除蛋白质、淀粉，避免副反应的发生，保持分子结构的完整性；使用碱液脱除半纤维素、木质素、灰分、油脂类物质等。并采用特殊的纤维素酶，部分降解纤维素分子，pH保持微碱性，使得纤维素分子结晶区得到保护；微碱性条件下该纤维素酶破坏结晶区的功能被弱化，使得纤维素分子结晶区的片段得以保留，该片段即是本发明制备的微晶纤维素。
另外，汽爆过程中，采用低温、高压（惰性气体提供）环境；高压条件保证了碱液向原料细胞壁间的有效渗透，确保了微晶纤维素的得率；低温及惰性环境避免了纤维素的分解反应、脱水（焦化）反应、剥皮反应、氧化反应、乙酰基的酯化反应等，确保了纤维素的完整性及纯度，进而确保了本发明微晶纤维素的纯度。
本发明通过简单工艺成功脱除棉短绒中的蛋白质、淀粉、油脂类、灰分、半纤维素、木质素等成份，并有效保留纤维素分子结晶区的片段，获得质量极好的微晶纤维素；本发明工艺简单，易于操作和推广。
具体实施方式
实施例1
一种由棉短绒直接制备微晶纤维素的方法，包括步骤：
1）将棉短绒开包、疏解、去杂、除尘后置于汽爆分离器中，加入棉短绒质量10倍的水，采用稀氢氧化钾溶液调节pH7.5，通入氮气，使棉短绒均匀分布，预浸20分钟。
2）加入复合蛋白酶（600U/Kg干基棉短绒），间歇1分钟，通入氮气，酶解40分钟；加入常温型α-淀粉酶（500U/Kg干基棉短绒），酶解30分钟；再加入绿色木霉分泌的纤维素酶（600U/Kg干基棉短绒），酶解80分钟；酶解完毕后通入蒸汽升温至65℃，保温10分钟，灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶，所述常温型α-淀粉酶的适宜温度为22-35℃。
其中，复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成，复合蛋白酶中具备内肽酶活性的碱性蛋白酶与具备端肽酶活性的蛋白酶K的比例为1: 1；该复合蛋白酶可以在常温下高效水解蛋白质。
常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶；微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌的获取步骤具体为：将地衣芽孢杆菌的培养液置于微波发生器，设置微波功率为900W，脉冲频率为2300MHz，微波处理20s，冷却20s，依此往复30次；将微波处理后的培养液涂布在固体培养基上，30℃条件下培养1-2天，由存活下来的菌落中筛选四株常温下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢杆菌的变异菌株。选出常温下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢杆菌的变异菌株扩大培养，从而获得常温型α-淀粉酶；常温型α-淀粉酶在22-35℃温度下高效率地水解淀粉，不必像目前大多采用的高温型α-淀粉酶需要高温（80-90℃）条件，因而减少了能耗也降低了对设备的要求，同时极大减少了副反应的发生。
此处用酶法可以柔和地将蛋白质、淀粉水解成小分子的肽类、氨基酸、麦芽糖、葡萄糖等进入滤液中，从而成功脱除蛋白质和淀粉。
采用特殊的纤维素酶（由绿色木霉分泌的纤维素酶。经试验，其它纤维素酶均无法达到本发明效果，采用其它纤维素酶所得微晶纤维素质量差，得率低），部分降解纤维素分子，pH保持微碱性，使得纤维素分子结晶区得到保护；微碱性条件下该纤维素酶破坏结晶区的功能被弱化，使得纤维素分子结晶区的片段得以保留，该片段即是本发明制备的微晶纤维素。
3）灭酶后，向汽爆分离器中加入氢氧化钾至碱液质量浓度为5%，接着向汽爆分离器中通入氮气，将汽爆分离器内空气排净、封口；通入水蒸汽至温度升至80℃；然后间歇性向汽爆分离器内通入氮气，以维持汽爆分离器内压力为1.5MPa，蒸煮80分钟后喷放。
本步骤在汽爆分离过程中，木质素、半纤维素、灰分等均溶入热碱液中；采用较低蒸煮温度（80℃，通入热蒸汽实现）避免了纤维素的分解反应、脱水（焦化）反应、剥皮反应等，采用较高锅内压力（1.5MPa，通过空压机通入氮气实现）保证了碱液向原料细胞壁间的有效渗透，采用惰性环境（通入氮气实现）避免了纤维素分子基团的氧化反应、乙酰基的酯化反应等。
4）喷放浆状物趁热固液分离，得滤渣一和滤液一。滤渣一即为含有微晶纤维素的浆料，滤液一为脱除的半纤维素、灰分硅质等无机盐、木质素以及酶解后的小分子物质等。
5）将滤渣一置于漂白罐，加入滤渣一5倍质量的水，搅匀，加入双氧水至双氧水的质量分数为4%，于60℃下保温60分钟，进行漂白处理。
6）漂白处理完毕后固液分离，得滤渣二和滤液二；滤渣二采用水洗涤3遍。
7）洗涤后的滤渣二经热风干燥（干燥温度低于90℃）、粉碎，得微晶纤维素成品。此处温度掌握在90℃以下，以确保微晶纤维素分子的稳定性。经检测，本实施例所得微晶纤维素的质量为棉短绒干基质量的94.8％（得率非常高），聚合度为184，结晶度为89.2％。
实施例2
一种由棉短绒直接制备微晶纤维素的方法，包括步骤：
1）将棉短绒开包、疏解、去杂、除尘后置于汽爆分离器中，加入棉短绒质量12倍的水，采用稀碱液调节pH7.8，通入氮气，使棉短绒均匀分布，预浸25分钟。
2）加入复合蛋白酶（650U/Kg干基棉短绒），间歇1-3分钟，通入氮气，酶解30分钟；加入常温型α-淀粉酶（550U/Kg干基棉短绒），酶解25分钟；再加入绿色木霉分泌的纤维素酶（650U/Kg干基棉短绒），酶解70分钟；酶解完毕后通入蒸汽升温至68℃，保温12分钟，灭活酶的活性；所述复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成；所述常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶，所述常温型α-淀粉酶的适宜温度为22-35℃。
其中，复合蛋白酶由具备内肽酶活性的碱性蛋白酶和具备端肽酶活性的蛋白酶K组成，复合蛋白酶中具备内肽酶活性的碱性蛋白酶与具备端肽酶活性的蛋白酶K的比例为1: 2；该复合蛋白酶可以在常温下高效水解蛋白质。
常温型α-淀粉酶由微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌分泌所得α-淀粉酶；微波诱导所得变异地衣芽孢杆菌的获取步骤具体为：将地衣芽孢杆菌的培养液置于微波发生器，设置微波功率为900W，脉冲频率为2300MHz，微波处理20s，冷却20s，依此往复30次；将微波处理后的培养液涂布在固体培养基上，30℃条件下培养1-2天，由存活下来的菌落中筛选四株常温下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢杆菌的变异菌株。选出常温下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢杆菌的变异菌株扩大培养，从而获得常温型α-淀粉酶；常温型α-淀粉酶在22-35℃温度下高效率地水解淀粉，不必像目前大多采用的高温型α-淀粉酶需要高温（80-90℃）条件，因而减少了能耗也降低了对设备的要求，同时极大减少了副反应的发生。
此处用酶法可以柔和地将蛋白质、淀粉水解成小分子的肽类、氨基酸、麦芽糖、葡萄糖等进入滤液中，从而成功脱除蛋白质和淀粉。
采用特殊的纤维素酶（由绿色木霉分泌的纤维素酶，经试验，其它纤维素酶均无法达到本发明效果，采用其它纤维素酶所得微晶纤维素质量差，得率低），部分降解纤维素分子，pH保持微碱性，使得纤维素分子结晶区得到保护；微碱性条件下该纤维素酶破坏结晶区的功能被弱化，使得纤维素分子结晶区的片段得以保留，该片段即是本发明制备的微晶纤维素。
3）灭酶后，向汽爆分离器中加入碱至碱液质量浓度为6%，接着向汽爆分离器中通入氮气，将汽爆分离器内空气排净、封口；通入水蒸汽至温度升至85℃；然后间歇性向汽爆分离器内通入氮气，以维持汽爆分离器内压力为1.7MPa，蒸煮60分钟后喷放。
本步骤在汽爆分离过程中，木质素、半纤维素、灰分等均溶入热碱液中；采用较低蒸煮温度（85℃，通入热蒸汽实现）避免了纤维素的分解反应、脱水（焦化）反应、剥皮反应等，采用较高锅内压力（1.7MPa，通过空压机通入氮气实现）保证了碱液向原料细胞壁间的有效渗透，采用惰性环境（通入氮气实现）避免了纤维素分子基团的氧化反应、乙酰基的酯化反应等。
4）喷放浆状物趁热固液分离，得滤渣一和滤液一。滤渣一即为含有微晶纤维素的浆料，滤液一为脱除的半纤维素、灰分硅质等无机盐、木质素以及酶解后的小分子物质等。
5）将滤渣一置于漂白罐，加入滤渣一6倍质量的水，搅匀，加入双氧水至双氧水的质量分数为3%，于65℃下保温65分钟，进行漂白处理。
6）漂白处理完毕后固液分离，得滤渣二和滤液二；滤渣二采用水洗涤4遍。
7）洗涤后的滤渣二经流化床干燥（干燥温度低于90℃）、粉碎，得微晶纤维素成品。此处温度掌握在90℃以下，以确保微晶纤维素分子的稳定性。经检测，本实施例所得微晶纤维素的质量为棉短绒干基质量的94.5％（得率非常高），聚合度为177，结晶度为90.4％。