一种降解木质纤维素来源抑制物的方法及应用与流程

本发明涉及生物能源及生物炼制领域，具体涉及一种降解木质纤维素来源抑制物的方法及应用。

背景技术：

1、木质纤维素由于致密的天然结构，必须经过预处理才能在后续酶水解过程中释放出大量的可发酵糖。严苛的预处理过程产生一些影响酶水解得率和发酵微生物生长的抑制物，如糠醛、5-羟甲基糠醛和乙酸等。因此目前较为可行的木质纤维素生物炼制过程在发酵工段之前均需要进行抑制物的去除。这些去除抑制物的方法大致可以分为三种类型，即物理法、化学法和生物法。其中物理法不仅需要大量能耗而且分离提取步骤众多、糖损失率极高。化学法需要使用大量化学试剂，回收难度很大且容易对下游转化造成极大影响。cn104254613a公开了一种使用碱法对木质纤维素水解产物中抑制物去除的方法，不仅添加了大量的碱，而且效果比较差(结束仍残留10％～20％的糠醛)。因此，从可行性、成本等方面进行考虑，选择条件温和、环境友好性高、操作成本低廉的生物法将更具有实际应用潜力。

2、不过，目前报道的生物法抑制物去除过程虽然可以实现抑制物的去除，但仍存在一些缺点：

3、(1)周期长。例如，华东理工大学鲍杰等利用一种丝状真菌降解木质纤维素原料预处理后产生的抑制物(cn102191279a)，至少需要4～7天的时间才可彻底脱除乙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛这三种含量最高的抑制物，因此极大地影响了后续生物转化过程的效率。后续该发明人还提出了一种对木质纤维素来源抑制物进行快速生物降解的方法(cn105734087a)，虽然速度有所提升，但至少也需要36h才能完全去除以上三种抑制物。

4、(2)大量的可发酵糖的损失。例如，张建安等在进行丁醇发酵前利用一种粘红酵母降解木质纤维素酶水解液中的抑制物(利用木质纤维素生产丁醇的方法，cn105420291a)，虽然在60h内脱除了80％以上的乙酸以及全部的糠醛和5-羟甲基糠醛，但也消耗了水解液中全部的可发酵葡萄糖和70％以上的可发酵木糖，严重影响了后续的丁醇发酵指标。

5、(3)抑制物去除不完全，只能实现对某一种或某几种抑制物的去除。例如，dongxuzhang等(biochemical engineering journal.2013,72:77-82)利用一株名为enterobacter sp.fds8的细菌对木质纤维素水解液进行抑制物去除，虽能实现对糠醛和5-羟甲基糠醛的脱除，但无法脱除该水解液中高浓度的乙酸。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种降解木质纤维素来源抑制物的方法及应用。由此，脱毒处理在高糖浓度、高固含量的木质纤维素酶水解液中进行，脱毒处理过程中无需添加外源营养物质和水、无需调节底物酸性，在不产生任何废水和固废的前提下进行生物降解，且在6～24h内便可脱除体系中全部的糠醛和5-羟甲基糠醛，并可将乙酸脱除至2g/l以下，整个过程可发酵糖的损失不超过2％，可进一步应用于生物基化学品的生产，有利于实现连续化生产。

2、在本发明的一个方面，本发明提出了一种降解木质纤维素来源抑制物的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)将木质纤维素原料进行预处理，得到预处理物料；(2)利用纤维素酶对所述预处理物料进行水解处理，得到水解液；(3)利用微生物菌株对所述水解液进行脱毒处理，得到脱毒水解液，其中，所述微生物菌株为宛氏拟青霉fn89，保藏编号为cgmccno.17665。

3、根据本发明实施例的方法，木质纤维素原料依次经过预处理、水解和脱毒，其中，预处理可以将木质纤维素原料结构打破，有利于后续糖化发酵，水解可以在纤维素酶的作用下释放大量葡萄糖、木糖等可发酵单糖，最后采用宛氏拟青霉fn89对预处理过程中产生的抑制物进行降解。由此，脱毒处理在高糖浓度、高固含量的木质纤维素酶水解液中进行，脱毒处理过程中无需添加外源营养物质和水、无需调节底物酸性，在不产生任何废水和固废的前提下进行生物降解过程，且在6～24h内便可脱除体系中全部的糠醛和5-羟甲基糠醛，并可将乙酸脱除至2g/l以下，整个过程可发酵糖的损失不超过2％，可进一步应用于生物基化学品的生产，有利于实现连续化生产。

4、根据本发明的实施例，上述降解木质纤维素来源抑制物的方法还可以具有下列附加技术特征：

5、根据本发明的实施例，在步骤(1)中，所述预处理包括稀酸预处理、碱预处理、蒸汽爆破预处理和有机溶剂预处理中的至少之一。

6、根据本发明的实施例，在步骤(1)中，所述木质纤维素原料包括秸秆、稻草、稻壳、蔗渣、木材、木屑中的至少之一。

7、根据本发明的实施例，在步骤(2)中，所述水解液的固含量为10～35wt％，总糖含量为50～180g/l。

8、根据本发明的实施例，在步骤(2)中，基于1g干预处理物料，所述纤维素酶的添加量为0.5～10mg酶蛋白。

9、根据本发明的实施例，在步骤(2)中，所述水解处理的温度为30～60℃，时间为6～72h。

10、根据本发明的实施例，在步骤(3)中，所述脱毒处理包括：将所述宛氏拟青霉fn89种子液接种到所述水解液中，在30～37℃，200～800rpm，0.5～2.0vvm无菌空气条件下培养6～24h。

11、根据本发明的实施例，所述宛氏拟青霉fn89种子液的接种量为1～20vol％。

12、根据本发明的实施例，制备所述宛氏拟青霉fn89种子液的过程包括：取所述宛氏拟青霉fn89的孢子液按照1～20vol％接种量接种于合成培养基中，在30～37℃，200～500rpm条件下好氧培养18～24h。

13、根据本发明的实施例，所述合成培养基包括：5～20g/l葡萄糖，0.5～2g/l硫酸铵，1～2g/l磷酸二氢钾，0.5～1g/l硫酸镁，0.5～1g/l酵母提取物，0.5～1g/l氯化钙。

14、根据本发明的实施例，所述抑制物包括乙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛中的至少之一。

15、在本发明的第二个方面，本发明提出了一种利用木质纤维素原料进行生物加工的应用。根据本发明的实施例，将上述脱毒水解液进行高固含量生物加工，生物加工得到的生物基化学品包括乙醇、乳酸、糖酸和氨基酸中的至少之一。由此，经过宛氏拟青霉fn89生物降解处理的木质纤维素原料可直接用于后续高固含量生物加工过程，加工过程连续，且生物加工的产品满足工业化生产需求。

16、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种降解木质纤维素来源抑制物的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述预处理包括稀酸预处理、碱预处理、蒸汽爆破预处理和有机溶剂预处理中的至少之一；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述水解液的固含量为10～35wt％，总糖含量为50～180g/l。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，基于1g干预处理物料，所述纤维素酶的添加量为0.5～10mg酶蛋白；任选的，在步骤(2)中，所述水解处理的温度为30～60℃，时间为6～72h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述脱毒处理包括：将所述宛氏拟青霉fn89种子液接种到所述水解液中，在30～37℃，200～800rpm，0.5～2.0vvm无菌空气条件下培养6～24h。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述宛氏拟青霉fn89种子液的接种量为1～20vol％。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，制备所述宛氏拟青霉fn89种子液的过程包括：取所述宛氏拟青霉fn89的孢子液按照1～20vol％接种量接种于合成培养基中，在30～37℃，200～500rpm条件下好氧培养18～24h。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述合成培养基包括：5～20g/l葡萄糖，0.5～2g/l硫酸铵，1～2g/l磷酸二氢钾，0.5～1g/l硫酸镁，0.5～1g/l酵母提取物，0.5～1g/l氯化钙。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抑制物包括乙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛中的至少之一。

10.一种利用木质纤维素原料进行生物加工的应用，其特征在于，将权利要求1-9任一项所述的脱毒水解液进行高固含量生物加工；

技术总结
本发明公开了一种降解木质纤维素来源抑制物的方法及应用。该方法将木质纤维素原料依次经过预处理、水解和脱毒处理，其中，所述微生物菌株为宛氏拟青霉FN89。由此，脱毒处理在高糖浓度、高固含量的木质纤维素酶水解液中进行，脱毒处理过程中无需添加外源营养物质和水、无需调节底物酸性，在不产生任何废水和固废的前提下进行生物降解，且在6～24h内便可脱除体系中全部的糠醛和5‑羟甲基糠醛，并可将乙酸脱除至2g/L以下，整个过程可发酵糖的损失不超过2％，可进一步应用于生物基化学品的生产，有利于实现连续化生产。

技术研发人员：韩涛,张斌,鲍杰,徐敏,刘修才
受保护的技术使用者：上海凯赛生物技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/17