专利名称：从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法
从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种生物化工领域的制备方法，尤其涉及一种从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法。
背景技术：
国内外对植物纤维质原料的生物转化研究已经取得了可喜的进展，但对植物纤维质的三大主要组分没有全面综合的利用，常以生产单一产品为目的，经济效益低下。如日前利用植物纤维质产燃料乙醇、木糖、木糖醇、糠醛等，都只利用其中一种组分，而忽视了其他组分的利用；由于这些单一产品自身价值有限，造成生物基产品无法与石油基产品竞争。目 前的预处理方法，其目的更多的是考虑利用木质纤维原料中的纤维素，没有考虑半纤维素、木质素综合利用，因此预处理技术应充分考虑在利用纤维素的同时，回收半纤维素、木质素等其他高附加值成分，从综合利用的角度相对降低木质纤维原料生产乙醇的成本，同时可避免造成二次污染。全面利用木质纤维素中的三大主要成分有很多报道。如，Kadam等提出了二步法稀酸水解，首先原材料用O. 5-2. 5mol/L的稀硫酸处理，约有50%的半纤维素转化为可溶性的低聚木糖或单糖，然后在62. 5%-87. 5%的液体乙醇中，用2mol/L H2SO4处理，脱除木素，纤维素糖化率>60%。Roberto等采用稀酸催化水解半纤维素回收木糖，以制作木糖醇等产品，而纤维素发酵成酒精。然而这些制备方法均采用纯化学方法，需要消耗较高的化学试剂，易造成二次污染。因此，开发出低耗化学试剂或不添加化学试剂的新技术，且同时获取木质纤维中的三大组分，是从业人员的当务之急。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，不仅可实现低耗化学试剂，从而达到环境友好的目的，且能够同时利用木质纤维中的三大组分。本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其具体包含如下步骤(I)麦糟的乙醇不溶物的制备先把麦糟浸没在体积分数为85%的乙醇中煮沸5min后冷却、过滤，重复两次；之后依次用无水乙醇和乙醚清洗过滤后的麦糟并烘干；接着将烘干后的麦糟采用珠磨机粉碎并过50目的土样筛，得到麦糟的乙醇不溶物；(2)阿魏酸和低聚木聚糖的制备称取步骤(I)所得的麦糟的乙醇不溶物，按料液比1:8加入O. lmol/L NaOH溶液，浸泡24h后，再用功率为264w的微波处理20min后离心；之后将离心后的溶液的pH值调至5. O并冷却至45°C时，加入50U/mL的木聚糖酶粗酶液反应12h后,再加入40mU/mL的阿魏酸酯酶粗酶液反应12h后离心得沉淀及上清液即酶解液；接着将该酶解液分离纯化得阿魏酸和低聚木糖，同时将该沉淀洗至中性，烘干，得到预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣；(3)预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣的糖化将步骤(2)所得的麦糟的乙醇不溶物残渣采用95%乙醇室温振荡2h，振荡结束后去木质素并离心弃上清液得沉淀，加入纤维素酶200U/g，pH4. 5的Na2HPCT4柠檬酸缓冲液，料液比I : 40，并置于50°C下水浴振荡36h，得麦糟的乙醇不溶物的纤维素酶酶解液；(4)乙醇发酵将酿酒酵母菌种接入 固体培养基中，于30°C下培养24h后转接到种子培养基中，并将该种子培养基置于30°C、搅拌速率150r/min条件下培养24h ;之后将获得的种子培养液转接至发酵培养基中厌氧发酵72h，接种量10%，搅拌速率120r/min，温度设定为28°C ;厌氧发酵结束则获得酒精即乙醇；其中，所述发酵培养基的组分为酵母粉
I.5g/L，NH4Cl 2. 5g/L，柠檬酸 3g/L，K2HPO4 5. 5g/L，MgSO4 · 7H20 0. 025g/L，氯化钠 lg/L,氯化钙0. 01g/L,pH5. 5，含2. 5%还原糖的步骤(I)所得纤维素酶酶解液100mL/L ;且该培养基组分中的百分比均为质量百分比；所述步骤(2)与步骤(3)中的料液比均为质量体积比。进一步地，所述固体培养基的组分为麦芽汁150mL/L，琼脂3g/L，pH6. 4 ;所述种子培养基的组分为麦芽汁90mL/L，pH4. O。本发明的有益效果在于能够从麦糟中同时制备获得阿魏酸、低聚木糖及乙醇，SP可同时利用木质纤维中的三大组分；且以极低浓度的碱即O. Imol/LNaOH溶液辅助物理方法对木质纤维进行处理，初步降解其三维空间结构，并结合相关生物酶进行生物转化以依次获取阿魏酸、低聚木糖及乙醇三种医药化工产品，整个制备过程简单、所消耗的化学试剂的量很低，即实现低耗化学试剂，从而达到环境友好的目的。
具体实施方式本发明从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其具体包含如下步骤
(I)麦糟的乙醇不溶物的制备先把麦糟浸没在体积分数为85%的乙醇中煮沸5min后冷却、过滤，重复两次；之后依次用无水乙醇和乙醚清洗过滤后的麦糟并烘干；接着将烘干后的麦糟采用珠磨机粉碎并过50目的土样筛，得到麦糟的乙醇不溶物；(2)阿魏酸和低聚木聚糖的制备称取步骤(I)所得的麦糟的乙醇不溶物，按料液比l:8(w/v)加入O. Imol/L NaOH溶液(即Ig麦糟的乙醇不溶物需加入8mL的O. lmol/L NaOH溶液)，浸泡24h后，再用功率为264w的微波处理20min后离心；之后将离心后的溶液的pH值调至5. O并冷却至45°C时，加入50U/mL的木聚糖酶粗酶液(即于ImL该离心后的溶液中加入50U木聚糖酶粗酶液)反应12h后，再加入40mU/mL的阿魏酸酯酶粗酶液(即于ImL该离心后的溶液中加入40mU阿魏酸酯酶粗酶液)反应12h后离心得沉淀、及上清液即酶解液；接着将该酶解液分离纯化得阿魏酸和低聚木糖，同时将该沉淀洗至中性，烘干，得到预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣；(3)预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣的糖化将步骤(2)所得的麦糟的乙醇不溶物残渣采用95%乙醇室温振荡2h，振荡结束后去木质素并离心弃上清液得沉淀，加入纤维素酶200U/g(以麦糟的乙醇不溶物残渣为基础，即Ig麦糟的乙醇不溶物残渣含纤维素酶200U)、ρΗ4· 5的Na2HPCT4柠檬酸缓冲液，料液比I 40 (即Ig该沉淀中加入40mL ρΗ4· 5的Na2HPCT4柠檬酸缓冲液)，并置于50°C下水浴振荡36h，得麦糟的乙醇不溶物的纤维素酶酶解液，该纤维素酶酶解液中的主要成分为还原糖；(4)乙醇发酵将酿酒酵母菌种接入固体培养基中，于30°C下培养24h后转接到种子培养基中，并将该种子培养基置于30°C、搅拌速率150r/min条件下培养24h ;之后将获得的种子培养液转接至发酵培养基中厌氧发酵72h，接种量10%，搅拌速率120r/min，温度设定为28°C ;厌氧发酵结束则获得酒精即乙醇；其中，所述发酵培养基的组分为酵母粉I. 5g/L，NH4Cl 2. 5g/L，柠檬酸3g/L，K2HPO4 5. 5g/L，MgSO4 · 7H20 0. 025g/L，氯化钠 lg/L，氯化钙 0. Olg/L, pH5. 5，含 2. 5% 还原糖的步骤(3)所得纤维素酶酶解液100mL/L ;即作为发酵培 养基组分之一的该纤维素酶酶解液内含2. 5%还原糖；且该发酵培养基组分中的百分比为质量百分比。其中，所述固体培养基的组分为麦芽汁150mL/L，琼脂3g/L，pH6. 4 ;所述种子培养基的组分为麦芽汁90mL/L，pH4. O。为了更好的对本发明从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法进行阐述说明，申请人给出了如下具体实施例。实施例(I)麦糟的乙醇不溶物的制备先把IOOg麦糟浸没在体积分数为85%的乙醇中煮沸5min后冷却、过滤，重复两次；之后依次用无水乙醇和乙醚清洗过滤后的麦糟并烘干；接着将烘干后的麦糟采用珠磨机粉碎并过50目的土样筛，得到麦糟的乙醇不溶物81g;(2)阿魏酸和低聚木聚糖的制备称取IOg步骤(I)所得的麦糟的乙醇不溶物，力口A 80mL0. lmol/L NaOH溶液,浸泡24h后，再用功率为264w的微波处理20min后离心得68mL离心液(即离心后的溶液)，将离心液的pH值调至5. O并冷却至45°C时，在3400U的木聚糖酶粗酶液反应12h后，再加入2720mU的阿魏酸酯酶粗酶液反应12h后离心得上清液(即酶解液)65mL、及沉淀；接着将该酶解液分离纯化得到阿魏酸9. Img和低聚木糖I. 69g，同时将沉淀洗至中性，烘干，得到预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣5. 2g;且通过计算可知，木质纤维中阿魏酸的制备量为O. 91mg/g、低聚木糖的制备量为169mg/g (B卩Ig麦糟的乙醇不溶物可制备获得O. 9 Img阿魏酸及169mg低聚木糖)；(3)预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣的糖化将步骤(2)所得的5. 2g麦糟的乙醇不溶物残渣加入100mL95%乙醇并于室温振荡2h，振荡结束后去木质素并离心弃上清液，得沉淀4. lg，加入1040U纤维素酶、164mL pH4. 5的Na2HP0_4柠檬酸缓冲液，并置于50°C下水浴振荡36h，得麦糟的乙醇不溶物的纤维素酶酶解液152mL ；(4)乙醇发酵将酿酒酵母菌种接入固体培养基中，于30°C下培养24h后转接到种子培养基中，并将该种子培养基置于30°C、搅拌速率150r/min条件下培养24h ;之后将获得的种子培养液转接至发酵培养基中厌氧发酵72h，接种量10%，搅拌速率120r/min，温度设定为28°C ;厌氧发酵结束则获得酒精即乙醇；通过计算可知，乙醇的产量为O. 27g/g (即Ig麦糟的乙醇不溶物可制备获得O. 27g乙醇)，对应的转化率为48. 72%。综上，本发明能够从麦糟中同时制备获得阿魏酸、低聚木糖及乙醇，即可同时利用木质纤维中的三大组分；且以极低浓度的碱即O. lmol/L NaOH溶液辅助物理方法对木质纤维进行处理，初步降解其三维空间结构，并结合相关生物酶进行生物转化以依次获取阿魏酸、低聚木糖及乙醇三种医药化工产品，整个制备过程简单、所消耗的化学试剂的量很低，即实现低耗化学试剂，从而达到环境友好的目的。
权利要求
1.一种从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其特征在于 (1)麦糟的乙醇不溶物的制备先把麦糟浸没在体积分数为85%的乙醇中煮沸5min后冷却、过滤，重复两次；之后依次用无水乙醇和乙醚清洗过滤后的麦糟并烘干；接着将烘干后的麦糟采用珠磨机粉碎并过50目的土样筛，得到麦糟的乙醇不溶物； (2)阿魏酸和低聚木聚糖的制备称取步骤(I)所得的麦糟的乙醇不溶物，按料液比1:8加入O. lmol/L NaOH溶液，浸泡24h后，再用功率为264w的微波处理20min后离心；之后将离心后的溶液的pH值调至5. O并冷却至45°C时，加入50U/mL的木聚糖酶粗酶液反应12h后，再加入40mU/mL的阿魏酸酯酶粗酶液反应12h后离心得沉淀、及上清液即酶解液；接着将该酶解液分离纯化得阿魏酸和低聚木糖，同时将该沉淀洗至中性，烘干，得到预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣； (3)预处理后麦糟的乙醇不溶物残渣的糖化将步骤(2)所得的麦糟的乙醇不溶物残渣采用95%乙醇室温振荡2h，振荡结束后去木质素并离心弃上清液得沉淀，加入纤维素酶200U/g，pH4. 5的Na2HPCT4柠檬酸缓冲液，料液比I : 40，并置于50°C下水浴振荡36h，得麦糟的乙醇不溶物的纤维素酶酶解液； (4)乙醇发酵将酿酒酵母菌种接入固体培养基中，于30°C下培养24h后转接到种子培养基中，并将该种子培养基置于30°C、搅拌速率150r/min条件下培养24h ;之后将获得的种子培养液转接至发酵培养基中厌氧发酵72h，接种量10%，搅拌速率120r/min，温度设定为280C ;厌氧发酵结束则获得酒精即乙醇；其中，所述发酵培养基的组分为酵母粉I. 5g/L，NH4Cl2. 5g/L，柠檬酸 3g/L，K2HP045. 5g/L，MgSO4 ·7Η200· 025g/L，氯化钠 lg/L，氯化钙 O. Olg/L，pH5. 5，含2. 5%还原糖的步骤(3)所得纤维素酶酶解液100mL/L ;且该培养基组分中的百分比为质量百分比； 所述步骤(2)与步骤(3)中的料液比均为质量体积比。
2.根据权利要求I所述从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其特征在于所述固体培养基的组分为麦芽汁150mL/L，琼脂3g/L，pH6. 4 ;所述种子培养基的组分为麦芽汁 90mL/L，pH4. O。
全文摘要
本发明提供一种从麦糟中同时制备阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其先把麦糟浸没在体积分数为85％的乙醇中煮沸5min后冷却、过滤，重复两次；之后依次用无水乙醇和乙醚清洗过滤后的麦糟并烘干，接着粉碎并过50目的土样筛，得到麦糟的乙醇不溶物；之后将麦糟的乙醇不溶物依次进行0.1mol/LNaOH溶液浸泡、微波并离心，然后经阿魏酸酯酶协同木聚糖酶处理以获得阿魏酸、低聚木糖，再将处理后麦糟的乙醇不溶物残渣依次进行糖化、发酵最终获得乙醇。本发明不仅可实现低耗化学试剂，从而达到环境友好的目的，且能够同时利用木质纤维中的三大组分。
文档编号C12R1/865GK102864180SQ20121033037
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日 公开号201210330376.X
发明者李夏兰, 方柏山, 程珊影, 张兰 申请人:华侨大学