一种农作物秸秆酶解用复合酶及其工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农作物秸杆酶解工艺，尤其涉及一种农作物秸杆酶解用复合酶及其工
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【背景技术】
[0002]木质纤维素原料是一种丰富的，可再生的资源。我国作为一个农业大国，农作物秸杆的产量也是极其巨大的。由于相应的处理技术的落后，农作物秸杆普遍被焚烧、掩埋还田处理，这样带来的极大的空气污染和资源浪费。随着化石能源的日益稀少以及其使用所带来的环境污染问题，木质纤维素作为一种生物能源是必然的趋势。
[0003]然而，在实际的工业生产中，木质纤维素底物的糖化发酵过程存在着极大的限制。由于天然纤维素材料的复杂结构，纤维素的水解效率十分底。目前工业上主要使用的是物理法、化学法以及生物酶法。先使用酸、碱或是蒸汽处理秸杆材料，然后添加纤维素酶处理。这样确实可以提高材料的转化效率，同时也带来了许多问题。稀酸高温水解，木质纤维素酸解后会产生葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等多种糖类，但是在高温下会产生大量的发酵抑制因子，在后续反应前需要去除。碱处理法虽然可以去除木质纤维素基质中的木质素，但是木聚糖仍然存在，还是需要添加额外的木聚糖酶降解，而且还存在试剂中和、回收和洗涤的问题。蒸汽爆破预处理后半纤维素衍生糖的回收率低，预处理产物中还含有酶解反应抑制剂。由于步骤太多，操作麻烦，使得工业成本过高。因此，为了解决这些问题，我们需要找到更有效地方法。
[0004]由前面我们可以知道，生物酶法处理是一种相对来说操作更方便，步骤更简单的方法，但是纤维素酶单一处理的效果却不是很好。天然的木质纤维素材料是一种复杂的结构，各种结构互相交联在一起，主要含有纤维素、半纤维素及木质素。木聚糖酶能够有效地促进木聚糖的水解，释放出低聚木糖和木糖单糖。同时释放出交联的纤维素，增加其与纤维素酶的接近性，从而促进纤维素的水解。因此，利用这种多酶协同作用处理农作物秸杆可以有效地增加反应速度，提高水解效率，降低操作难度，节约工艺成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种酶解效率高、还原糖产量高的农作物秸杆酶解用复合酶及其工艺。
[0006]为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种农作物秸杆酶解用复合酶，其包括纤维素酶与木聚糖酶，所述纤维素酶与木聚糖酶质量比例为1-4:1，酶解温度为37-55°C，pH为 4-6 ο
[0007]第二方面，本发明提供了一种农作物秸杆酶解工艺，包括以下步骤，
[0008]SI，将农作物秸杆晒干、粉碎、清洁、干燥，备用；
[0009]S2，将步骤SI得到的农作物秸杆材料与pH缓冲溶液混合均匀，调节pH为4-6 ；
[0010]S 3，往步骤S 2得到的混合液中添加质量比例为1- 4:1的纤维素酶与木聚糖酶，其中，纤维素酶与农作物秸杆材料的质量比例为1:5-50，在37-55°(:条件下搅拌12-12011得到酶解产物。
[0011]本发明的有益效果是:本发明提供的复合酶利用纤维素酶与木聚糖酶之间的多酶协同作用，有效地提高了农作物秸杆的水解效率，增加了还原糖的产量；以玉米秸杆、水稻秸杆等天然的木质纤维素材料为原料，工艺简单，节约生产成本，有很好的应用前景。
【具体实施方式】
[0012]本发明一方面提供了一种农作物秸杆酶解用复合酶，其包括纤维素酶与木聚糖酶，所述纤维素酶与木聚糖酶质量比例为1-4:1，酶解温度为37-55，pH为4-6。
[0013]第二方面，本发明提供了一种农作物秸杆酶解工艺，包括以下步骤，
[0014]SI，将农作物秸杆晒干、粉碎、清洁、干燥，备用；
[0015]S2，将步骤SI得到的农作物秸杆材料与pH缓冲溶液混合均匀，调节pH为4-6;
[0016]S3，往步骤S2得到的混合液中添加质量比例为1-4:1的纤维素酶与木聚糖酶，其中，纤维素酶与农作物秸杆材料的质量比例为1:5-50，在37-55°(:条件下搅拌12-12011得到酶解产物。
[0017]优选的，所述农作物秸杆不仅限于玉米秸杆，还适用于其他天然木质纤维素材料如水稻稻杆，小麦稻杆等。
[0018]优选的，所述步骤SI中将农作物秸杆粉碎至长度为0.5-1.0cm。
[0019]优选的，所述步骤S2中pH缓冲溶液采用磷酸缓冲液或醋酸钠缓冲液。具体的，所述磷酸缓冲液浓度为0.0lmM，醋酸钠缓冲液浓度为50mM。
[0020]优选的，所述步骤S2中纤维素酶的酶活为500-1000U/g，木聚糖酶的酶活为2000-3000U/go
[0021]以下结合具体实施例对本发明所述的农作物秸杆酶解用复合酶及其工艺作进一步说明。
[0022]以下实施例中纤维素酶与木聚糖酶均购于Sigma-Aldrich公司，纤维素酶的酶活为800U/g，木聚糖酶的酶活为2500U/g，且纤维素酶与木聚糖酶在反应前同时添加。
[0023]实施例1
[0024]将玉米秸杆晒干、粉碎至长度为0.5-1.0cm，清洁、干燥，备用；
[0025]取Ig玉米秸杆材料于50ml锥形瓶内，加入20ml 0.0lmM的磷酸缓冲液混合均匀，调节pH为5.0;
[0026]添加0.2g纤维素酶以及0.2g木聚糖酶，在37°C条件下，以200rpm的速度搅拌，水解；
[0027]经过12小时反应后，DNS法测得玉米秸杆还原糖浓度为15.57mg/ml。
[0028]实施例2
[0029]将玉米秸杆晒干、粉碎至长度为0.5-1.0cm，清洁、干燥，备用；
[0030]取Ikg玉米秸杆材料于浅盘式生物反应器中，加入6L0.0ImM的磷酸缓冲液混合均匀，调节PH为4.0;
[0031]添加纤维素酶及木聚糖酶量分别为150g和50g，在45°C条件下，间隔搅拌，水解；
[0032]经过24小时反应后，DNS法测得玉米秸杆还原糖浓度约为36.32mg/ml。
[0033]实施例3
[0034]将水稻秸杆晒干、粉碎至长度为0.5-1.0cm，清洁、干燥，备用；
[0035]取Ig水稻稻杆材料于50ml锥形瓶内，加入20ml 0.0lmM的磷酸缓冲液混合均勾，调节pH为5.0;
[0036]添加0.2g纤维素酶以及0.2g木聚糖酶，在37°C条件下，以200rpm的速度搅拌，水解；
[0037]经过12小时反应后，DNS法测得水稻秸杆还原糖浓度为17.35mg/ml。
[0038]实施例4
[0039]将水稻秸杆晒干、粉碎至长度为0.5-1.0cm，清洁、干燥，备用；
[0040]取Ikg水稻秸杆材料于浅盘式生物反应器中，加入6L0.0ImM的磷酸缓冲液混合均匀，调节PH为6.0;
[0041]添加纤维素酶及木聚糖酶酶量为20g和5g，在55°C条件下，间隔搅拌，水解；
[0042]经过24小时反应后，DNS法测得水稻秸杆还原糖浓度约为29.23mg/ml。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制发明，具体应用可按实际需求适量放大体系，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种农作物秸杆酶解用复合酶，其特征在于:其包括纤维素酶与木聚糖酶，所述纤维素酶与木聚糖酶质量比例为1-4:1，酶解温度为37-55°C，pH为4-6。2.一种农作物秸杆酶解工艺，其特征在于:包括以下步骤， SI，将农作物秸杆晒干、粉碎、清洁、干燥，备用； S2，将步骤SI得到的农作物秸杆材料与pH缓冲溶液混合均匀，调节pH为4-6; S3，往步骤S2得到的混合液中添加质量比例为1-4:1的纤维素酶与木聚糖酶，其中，纤维素酶与农作物秸杆材料的质量比例为1:5-50，在37-55°(:条件下搅拌12-12011得到酶解产物。3.如权利要求2所述的农作物秸杆酶解工艺，其特征在于:所述农作物秸杆包括玉米秸杆、水稻稻杆与小麦稻杆。4.如权利要求2所述的农作物秸杆酶解工艺，其特征在于:所述步骤SI中将农作物秸杆粉碎至长度为0.5-1 cm。5.如权利要求2所述的农作物秸杆酶解工艺，其特征在于:所述步骤S2中pH缓冲溶液采用磷酸缓冲液，或者醋酸钠缓冲液。6.如权利要求2所述的农作物秸杆酶解工艺，其特征在于:所述步骤S2中纤维素酶的酶活为500-1000U/g，木聚糖酶的酶活为2000-3000U/g。
【专利摘要】本发明提供了一种农作物秸秆酶解用复合酶及其工艺，利用纤维素酶与木聚糖酶之间的多酶协同作用，有效地提高了农作物秸秆的水解效率，增加了还原糖的产量；以玉米秸秆、水稻秸秆等天然的木质纤维素材料为原料，工艺简单，节约生产成本，有很好的应用前景。
【IPC分类】C12P19/02, C12N9/42, C12P19/14
【公开号】CN105671023
【申请号】CN201610152223
【发明人】宋慧婷, 江正兵, 高媛, 刘诗慧, 马向东, 李蓉, 李诺楠
【申请人】湖北大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月17日