CN103468764A - 一种添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加钴离子强化纤维素糖化过程的方法，属于生物化工技术领域。具体方法为将原料经过预处理得到的干物质及纤维素混合物加入去离子水，在不断搅拌下，向混合物中添加钴离子，在复合酶的作用下，调节反应液的pH及反应温度，继续搅拌150小时以上，实现纤维素的糖化。该方法简单，易操作，极其适合纤维素生产葡萄糖的工艺调控，对于木质纤维素的生物加工的研究与开发，具有重要的理论意义和应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，属于生物化工技术领域。
背景技术
近年来，随着全球石油资源的日益枯竭、石油价格不断飙升，环境日益恶化，寻求新的可再生能源与资源已经成为世界经济可持续发展的重要课题。木质纤维素是地球上最为丰富的可再生资源，其中纤维素转化为可发酵的β-葡萄糖，半纤维素可转化为木糖、阿拉伯糖等，这些糖均属于可发酵的还原糖。木质纤维素转化可发酵糖是该再生资源高效利用的关键技术之一。
纤维素水解为葡萄糖，受到多个因素的影响，比如底物的浓度，酶的浓度，反应的pH、反应温度、反应时间以及搅拌条件等。其中酶的催化效率高低直接影响到纤维素水解为糖的成本和产率。
在目前纤维素生产葡萄糖的技术领域，尚无添加钴离子以提高纤维素糖的产量、生产效率的专利或文献报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，以达到提高葡萄糖的产量、生产效率和转化率的技术效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
将含有纤维素的原料经过蒸汽爆破或稀酸水解处理得到的干物质及纤维素混合物加入去离子水，稀释至质量浓度为5-25%，再添加添加浓度为3mg/L-600 mg/L钴离子，其中纤维素与钴离子的投入量按质量份数计为400-1000：1，在复合酶的作用下，调节pH 4.8，控制反应温度为50℃，搅拌反应150小时，搅拌转速为150 rpm。
所述的糖化所用的原料为含有纤维素的可再生资源，包括农作物废弃秸秆类、林业废弃物类或能源作物类。
所述的复合酶包括纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶，其中原料中每克纤维素的所用的纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶用量分别为20-60 U、10-30 U、600-900 U。
本发明通过添加钴离子强化纤维素复合酶的催化活性，极大缩短水解时间、提高葡萄糖的产量及产率、极大提高了纤维素水解生产葡萄糖的效率。该方法简单，易于操作，极其适合纤维素生产β-葡萄糖的工艺调控，对于纤维素乙醇工艺的开发及其他生物基产品的制备研究，具有重要的理论意义和应用价值。
具体实施方式
实施例1：原料为小麦秸秆
本发明所有实施例中的复合酶制剂应理解为任何可实现的常用商品酶或实验室得到具有相应酶活的酶，均可以用于下列糖化过程。本实例的条件如下。
小麦秸秆经过粉碎，大小为0.5-2cm。按照文献报道的（于彬，陈洪章.汽爆分梳对玉米秸秆中二氧化硅的分布及其结构的影响.农业工程学报，2008,24（10）：190-195；陈洪章,陈继贞,刘健,李佐虎.麦草蒸汽爆破处理的研究.纤维素科学与技术 1999，7(2):60-68）蒸汽爆破方法对秸秆进行预处理，然后测定干物质的重量和纤维素的含量。在30L的糖化罐中，在20L水加入爆破干物质3Kg，控制干物质和纤维素混合物的质量浓度为15%，再添加6.54g，质量浓度为327mg/L的CoCl2，在不断搅拌的条件下加入纤维素酶（以每克纤维素为基准），要求滤纸酶活为30U，继续搅拌，然后加入15 U的 β-葡萄糖苷酶 和700 U的木聚糖酶。调节pH 为4.8，反应温度50℃，水解150小时。
表1 添加CoCl2（327mg/L，含钴离子 150mg/L）与对照组的发酵结果对比，其中转化率计算以原料的干物质量为基础，利用还原糖多少进行计算。
表1
| CoCl2(mg/L) | 葡糖糖浓度（g/L) | 还原糖浓度（g/L) | 转化率（%） |
| 327 | 115.6 | 124.8 | 83.2 |
| 0 | 89.4 | 92.3 | 61.5 |
实施例2：原料为油菜秸秆
油菜秸秆经过粉碎，大小为0.5-2cm。按照文献报道的（于彬，陈洪章.汽爆分梳对玉米秸秆中二氧化硅的分布及其结构的影响.农业工程学报，2008,24（10）：190-195；陈洪章,陈继贞,刘健,李佐虎.麦草蒸汽爆破处理的研究.纤维素科学与技术 1999，7(2):60-68））蒸汽爆破方法对秸秆进行预处理，然后测定干物质的重量和纤维素的含量。在40L的糖化罐中，在30L水中加入爆破后干重物料6Kg，控制干物质和纤维素混合物的质量浓度为20%，再添加5.23g，质量浓度为174.4mg/L的CoCl2，在不断搅拌条件下加入纤维素酶（以每克纤维素为基准），要求滤纸酶活为50U，继续搅拌，加入15 U的 β-葡萄糖苷酶 和650 U的木聚糖酶。调节pH 为4.8，反应温度50℃，搅拌水解150小时。
表2 添加CoCl2（174.4 mg/L,含钴离子 80mg/L）与对照组的发酵结果对比，其中转化率计算以原料的干物质量为基础，利用还原糖多少进行计算。
表2
| CoCl2(mg/L) | 葡糖糖浓度（g/L) | 还原糖浓度（g/L) | 转化率（%） |
| 174.4 | 120.6 | 134.8 | 89.6 |
| 0 | 92.1 | 93.6 | 62.4 |
实施例3：原料为玉米秸秆
玉米秸秆经过粉碎，大小为0.5-2cm。按照文献报道的（于彬，陈洪章.汽爆分梳对玉米秸秆中二氧化硅的分布及其结构的影响.农业工程学报，2008,24（10）：190-195；陈洪章,陈继贞,刘健,李佐虎.麦草蒸汽爆破处理的研究.纤维素科学与技术 1999，7(2):60-68）稀酸水解对秸秆进行预处理，然后测定干物质的重量和纤维素的含量。在50L的糖化罐中，在40L的水中加入爆破后的干重物料6Kg，控制干物质和纤维素混合物的质量浓度为15%，再添加24.7g，质量浓度为697.6mg/L的CoCl2，搅拌条件下加入纤维素酶（以每克纤维素为基准），要求滤纸酶活为40U，继续搅拌，加入20 U的 β-葡萄糖苷酶 和700 U的木聚糖酶。调节pH 为4.8，反应温度50℃，水解150小时。
表3 添加CoCl2（697.6 mg/L,含钴离子320mg/L）与对照组的发酵结果对比，其中转化率计算以原料的干物质量为基础，利用还原糖多少进行计算。
表3
| CoCl2(mg/L) | 葡糖糖浓度（g/L) | 还原糖浓度（g/L) | 转化率（%） |
| 697.6 | 118.5 | 132.4 | 88.3 |
| 0 | 91.8 | 92.7 | 61.8 |
Claims (8)
1.一种添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，包括纤维素在纤维素酶的作用下水解为纤维二糖和葡萄糖的工艺过程，其特征在于，将原料经过预处理得到的干物质及纤维素混合物加入去离子水，在不断搅拌下，向混合物中添加钴离子，在复合酶的作用下，调节反应液的pH及反应温度，继续搅拌150小时以上，实现纤维素的糖化。
2. 根据权利1所述添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，其特征在于，糖化所用的原料为含有纤维素的可再生资源，包括农作物废弃秸秆类、林业废弃物类或能源作物类。
3.根据权利1所述添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，其特征在于，将含有纤维素的原料经过蒸汽爆破预处理或稀酸水解预处理。
4.根据权利1所述添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，其特征在于，所述的钴离子添加浓度是 3 mg/L-600 mg/L 。
5.根据权利1所述添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，其特征在于，干物质及纤维素混合物的质量浓度为5-25%。
6.根据权利1所述添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，其特征在于，按质量份数计，纤维素与钴离子的投入量分别为400-1000份、1份。
7.根据权利1所述添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，其特征在工艺所用的复合酶包括纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶，其中原料中每克纤维素的所用的纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶用量分别为20-60 U、10-30 U、600-900 U。
8.根据权利1所述添加钴离子强化纤维素糖化过程生产β-葡萄糖的方法，其特征在工艺所用的搅拌转速为150 rpm，pH 4.8，反应温度为50℃。
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| CN102660588A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-09-12 | 哈尔滨工业大学 | 秸秆水解液发酵生产乙醇的方法 |
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Non-Patent Citations (1)
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| 张丽萍等: "几种离子对纤维素酶活力的影响", 《河北省科学院学报》 * |
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