CN101591688B - 一种由菌糠获取可转化底物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用菌糠获取可转化底物的方法，包括稀碱预处理和纤维素酶糖化两个步骤。本发明方法以出完菇的菌糠为原料，通过两步工艺将食药用菌生产的废料变废为宝，不但提高了食药用菌生产的经济效益，而且为生物炼制找到了一种新原料。本发明方法流程简单，试剂简单，费用低廉，适合推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种获取可转化底物的技术，具体地说是利用食、药用菌菌糠(食、药用菌栽培之后剩余的下脚料)来获取可转化底物的方法。
背景技术
菌糠是栽培食、药用菌之后剩下的下脚料，其主要原料是农作物的秸秆。农作物秸秆栽培食药用菌之后，其中的纤维素的利用率很低，一般只有20～30％。大部分食药用菌属于白腐菌或者褐腐菌，它们具有破坏木质纤维素网络结构、降解木质素和解聚纤维素的作用。因此，农作物秸秆栽培食药用菌后，纤维素残留较多。
我国食药用菌菌糠产量巨大，目前利用菌糠生产饲料、单细胞蛋白、提取SOD等方面的研究已有先例，但是菌糠的整体利用度及所获得的产品附加值都比较低，而针对菌糠中木质纤维素的特性把它用于高附加值可转化底物生产的研究却未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的获取可转化底物的方法。
为实现上述目的，本发明以菌糠为原料，通过如下步骤获取可转化底物：
(1)稀碱预处理：通过稀碱处理菌糠，去除掉菌糠中的木质素，释放纤维素；
(2)纤维素酶解：通过纤维素酶处理，使纤维素水解成可转化底物。
其技术原理在于，利用木质纤维素基质栽培食、药用菌时，食、药用菌可以有效破坏木质纤维素的网络结构，降解木质素，解聚纤维素的作用，对出菇后形成的菌糠再通过稀碱预处理进一步去除菌糠中木质素，有效释放纤维素，最后通过纤维素酶的水解实现菌糠中可发酵底物释放的最大化。具体步骤包括稀碱预处理和纤维素酶解两个步骤。
其中，菌糠是指栽培食、药用菌之后剩余的下脚料，其食、药用菌种类包括但不限于香菇、平菇、真姬菇、金针菇、杏鲍菇、双孢蘑菇、草菇、茶薪菇、凤尾菇、木耳、灰树花、鸡腿菇、银耳、白灵菇、灵芝、裂褶菌、紫金蘑、云芝、樟芝。
其中，采用的稀碱可以是NaOH溶液、KOH溶液、Ca(OH)2溶液、Mg(OH)2溶液或氨水中的一种或它们任意多种的混合溶液。
其中菌糠稀碱预处理可采用如下方法进行：碱液初浓度为0.01～2mol/L，H2O2初浓度为0～5％，菌糠固液比(菌糠质量：水质量，下同)为1∶10～100，碱处理温度为20～100℃，碱处理时间为0.25～72h。优化的工艺为：碱液浓度为0.02～1mol/L，H2O2的浓度为0.5～2％，菌糠固液比为1∶20～80，碱处理温度为25～50℃，碱处理时间为36～60h。更优的工艺为：碱液浓度为0.04mol/L，H2O2的浓度为1％，菌糠固液比为1∶50，碱处理温度为30℃，碱处理时间为48h。
菌糠经稀碱处理后其残渣需用酸液或水进行清洗至中性，之后可通过烘干粉碎备用，也可直接进行下步工艺。
碱处理后菌糠酶解工艺为：固液比(预处理菌糠质量：水质量，下同)为1∶10～100，酶用量为5～50IU/g，酶解温度为45～55℃，酶解时间为36～72h。优化的酶解工艺为：固液比为1∶20～80，酶用量为10～30IU/g，酶解温度为45～50℃，酶解时间为45～54h。更优的酶解工艺为：固液比为1∶50，酶用量为20IU/g，酶解温度为48℃，酶解时间为48h。
在上述预处理与酶解工艺条件下获得的可转化底物包括生物炼制底物和生物燃油底物，具体的包括木质纤维素转化残渣以及戊糖、己糖、醛、酮及有机酸。木质纤维素转化残渣是指稀碱处理之后的固体残留物。
本发明的优点在于：
(1)采用菌糠作为原料来制备可转化底物。由于食药用菌生长过程中能够破坏木质纤维素的网络结构，降解木质素，解聚纤维素，其结构特征有利于纤维素酶酶解获得可转化底物。
(2)采用温和理化预处理及酶解糖化工艺获得可转化底物提高菌糠的资源化价值，降低能耗与成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1利用平菇菌糠获取可转化底物制备工艺
将平菇菌糠风干之后碾碎进行碱处理。碱处理的条件为：采用0.04mol/L的NaOH溶液，菌糠与碱液的固液比为1∶50，H2O2浓度为1％，碱处理温度为30℃，碱处理时间为24h。碱处理后纤维素含量显著升高，从35.5％上升到46.6％，木质素含量显著下降，从24.1％下降到11.6％，木质纤维素网络结构被严重破坏。碱处理造成菌糠质量损失27.9％，损失的主要物质为木质素及可溶性物质。碱处理后的菌糠样品用稀硫酸中和后离心过滤，滤渣于100℃烘干后用于纤维素酶酶解糖化。所用纤维素酶由里氏木霉发酵产生，糖化条件为：纤维素酶用量为20IU/g菌糠，固液比为1∶50，酶解温度为48℃，酶解时间为54h。
1吨平菇菌糠经过碱处理与酶解糖化可以获得426kg的还原糖(可转化底物)。
实施例2利用杏鲍菇菌糠获取可转化底物制备工艺
将杏鲍菇菌糠，风干之后碾碎进行碱处理。碱处理的条件为：采用0.1mol/L的NaOH溶液，菌糠与碱液的固液比为1∶20，H2O2浓度为2％，碱处理温度为100℃，碱处理时间为0.75h。碱处理后纤维素含量显著升高，从33.5％提高至54.9％；半纤维素也被浓缩，含量从22.7％提高到36.2％；木质素被严重破坏，含量显著下降，从14.3％下降到4.8％。碱处理后的菌糠样品用自来水冲洗至中性后滤渣于100℃烘干，用于纤维素酶酶解糖化。所用纤维素酶由里氏木霉发酵产生，糖化条件为：纤维素酶用量为30IU/g菌糠，固液比为1∶50，酶解温度为48℃，酶解时间为96h。
1吨杏鲍菇菌糠经过碱处理及酶解糖化可获得487kg还原糖(可转化底物)。
实施例3利用金针菇菌糠获取可转化底物制备工艺
将金针菇菌糠，风干之后粉碎进行碱处理。碱处理条件为：采用0.2mol/L的NaOH溶液，菌糠与碱液的固液比为1∶20，碱处理温度为100℃，碱处理时间为0.5h。碱处理后纤维素含量显著升高，从31.5％上升到53.2％，木质素含量显著下降，从24.1％下降到5.6％。碱处理后的菌糠样品用自来水洗至中性后直接用于纤维素酶酶解糖化。所用纤维素酶由里氏木霉发酵产生，糖化的条件如下：纤维素酶用量为10IU/g菌糠，固液比为1∶50，酶解温度为48℃，酶解时间为72h。
1吨金针菇菌糠经碱处理及酶解糖化可以获得465kg还原糖(可转化底物)。
实施例4利用草菇菌糠获取可转化底物制备工艺
将草菇菌糠，风干之后粉碎进行碱处理。碱处理条件为：采用0.1mol/L的NaOH溶液，菌糠与碱液的固液比为1∶40，碱处理温度为80℃，碱处理时间为2h。碱处理后菌种中纤维素含量显著升高，从29.8％上升到48.2％，木质素含量显著下降，从18.9％下降到8.7％。碱处理后的菌糠样品用自来水洗至中性后直接用于纤维素酶酶解糖化，所用纤维素酶由里氏木霉发酵产生，糖化的条件为：纤维素酶用量为15IU/g菌糠，固液比为1∶40，酶解温度为48℃，酶解时间为56h。
1吨草菇菌糠经碱处理及酶解糖化可以获得402kg还原糖(可转.化底物)。
实施例5利用香菇菌糠获取可转化底物制备工艺
将香菇菌糠，风干之后粉碎进行碱处理。碱处理条件为：采用1mol/L的NaOH溶液，菌糠与碱液的固液比为1∶25，碱处理温度为100℃，碱处理时间为3h。碱处理后菌种中纤维素含量显著升高，从35.6％上升到57.9％，木质素含量显著下降，从16.7％下降到6.5％。碱处理后的菌糠样品用稀硫酸洗至中性后直接用于纤维素酶酶解糖化，所用纤维素酶由里氏木霉发酵产生，糖化的条件为：纤维素酶用量为30IU/g菌糠，固液比为1∶30，酶解温度为50℃，酶解时间为72h。
1吨香菇菌糠经碱处理及酶解糖化可以获得485kg还原糖(可转化底物)。
实施例6利用灵芝菌糠获取可转化底物制备工艺
将灵芝菌糠，风干之后粉碎进行碱处理。碱处理条件为：采用0.5mol/L的NaOH溶液，菌糠与碱液的固液比为1∶50，碱处理温度为100℃，碱处理时间为3h。碱处理后菌种中纤维素含量显著升高，从34.3％上升到45.6％，木质素含量显著下降，从23.7％下降到10.8％。碱处理后的菌糠样品用自来水洗至中性后直接用于纤维素酶酶解糖化，糖化的条件为：纤维素酶用量为20IU/g菌糠，固液比为1∶50，酶解温度为48℃，酶解时间为56h。
1吨灵芝菌糠经碱处理及酶解糖化可以获得413kg还原糖(可转化底物)。
Claims (7)
1.一种利用菌糠获取可转化底物的方法，其包括如下步骤：
1)稀碱预处理：通过稀碱处理菌糠，去除掉菌糠中的木质素，释放纤维素；
2)纤维素酶解：通过纤维素酶处理，使纤维素水解成可转化底物，
其中，所述步骤1)稀碱预处理方法是：碱液初浓度为0.01～2mol/L，H2O2的浓度为0～5％，菌糠固液比为1∶10～100，碱处理温度为20～100℃，碱处理时间为0.25～72h；
所述步骤2)酶解方法是：固液比为1∶10～100，酶用量为5～50IU/g，酶解温度为45～55℃，酶解时间为36～72h；
所述菌糠为香菇、平菇、真姬菇、金针菇、杏鲍菇、双孢蘑菇、草菇、茶薪菇、凤尾菇、木耳、灰树花、鸡腿菇、银耳、白灵菇、灵芝、裂褶菌、紫金蘑、云芝或樟芝的菌糠；
所述可转化底物包括木质纤维素转化残渣以及戊糖、己糖、醛、酮及有机酸；所述稀碱选自NaOH溶液、KOH溶液、Ca(OH)2溶液、Mg(OH)2溶液或氨水中的一种或它们任意多种的混合溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)稀碱预处理方法是：NaOH溶液初浓度为1mol/L，H2O2的浓度为0％，菌糠固液比为1∶25，碱处理温度为100℃，碱处理时间为3h，所述的菌糠为香菇菌糠；所述步骤2)酶解方法是：固液比为1∶30，酶用量为30IU/g，酶解温度为50℃，酶解时间为72h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)稀碱预处理方法是：碱液初浓度为0.02～1mol/L，H2O2的浓度为0.5～2％，菌糠固液比为1∶20～80，碱处理温度为25～50℃，碱处理时间为36～60h。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所述步骤1)稀碱预处理：碱液初浓度为0.04mol/L，H2O2的浓度为1％，菌糠固液比为1∶50，碱处理温度为30℃，碱处理时间为48h。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于碱预处理后残渣利用酸液或水进行清洗至中性后再进行酶解。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)酶解方法是：固液比为1∶20～80，酶用量为10～30IU/g，酶解温度为45～50℃，酶解时间为45～54h。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2)酶解方法是：固液比为1∶50，酶用量为20IU/g，酶解温度为48℃，酶解时间为48h。
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