聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法技术

本发明专利技术公开了聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法，其特征在于，将木质纤维素或预处理后的木质纤维素加入缓冲溶液中，或者是将木质纤维素连同相应的预处理液加入缓冲溶液中，再加入PVP和纤维素酶，加热反至40～60℃反应，得到木质纤维素的糖化水解液；PVP的重均分子量为2500‐100000，PVP与木质纤维素的质量比为0.2‐25：100。本发明专利技术方法中添加剂PVP相比于一般的酶解糖化促进剂，可以更显著的提高木质纤维素中纤维素的酶解糖化得率，添加适量的PVP，就可以使木质纤维素中纤维素的酶解效率净提高6.3‐69.1％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于木质纤维素酶解
，特别涉及一种以非离子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为酶解助剂，提高木质纤维素酶解糖化得率的方法。
技术介绍
石油资源日益枯竭，环境问题日益突出，利用木质纤维素原料生产生物乙醇和化学品的研究成为近年来的研究热点。由于木质纤维素具有来源丰富、价格低廉、可再生等特点，为避免与人争粮，木质纤维素将成为生物乙醇生产最具潜力的原料。木质纤维素生产生物乙醇通常包括预处理、酶解、发酵、蒸馏等工艺。但目前该工艺面临着众多的瓶颈问题，如预处理成本高、酶解效率低、纤维素酶利用效率低等，导致了生物乙醇的总生产成本高，制约着生物乙醇的工业化生产。为了达到较高的葡萄糖转化率，先前的学者们发现通过添加表面活性剂可以有效地增强纤维素的水解，降低纤维素酶的用量。Castanon和Wilke通过添加Tween80将旧报纸48h的酶解转化率提高了14％(Erikssonetal.,2002)。Tween20的添加可以将微晶纤维素的酶解转化率提高35％(Ooshimaetal.,1986b)。牛血清蛋白的添加可以将预处理后的玉米秸秆72h酶解效率从82％提高到92％，同时降低了β‐糖苷酶的用量(Yang&Wyman，2006)，虽然目前添加剂的使用可以降低纤维素酶的用量，提高酶解效率，但是距离实际的工业化生产目标仍然有一定的距离，寻找更加高效清洁的表面活性剂是研究者们的一个重要目标。
技术实现思路
为了克服木质纤维素酶解工艺现有技术所存在的酶解效率低、可发酵糖浓度低、生产成本高等缺点，本专利技术提供了用重均分子量为2500‐100000的PVP作为酶解助剂显著提高木质纤维素酶解糖化得率的方法。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为一种合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用。聚乙烯基吡咯烷酮作为高分子表面活性剂，在不同的分散体系中，可作为分散剂、乳化剂、增稠剂、流平剂、粒度调节剂、抗再沉淀剂、凝聚剂、助溶剂和洗涤剂。聚乙烯吡咯烷酮优异的溶解性能及生理相容性，被广泛应用于医药卫生、食品加工、日用化妆品、洗涤剂等等。但是其用作木质纤维素酶解糖化的促进剂却未见研究和报道。本专利技术发现用重均分子量为2500‐100000的PVP作为酶解助剂，可以显著的提高木质纤维素酶解糖化得率。本专利技术还发现，将预处理液与木质纤维素底物直接加缓冲液稀释酶解糖化的方法，既可以省去木质纤维素底物与预处理液分离的工艺，也可以回收预处理液中的单糖，实现木质纤维素资源的综合利用。根据木质纤维素原料和预处理条件的不同，一般在预处理液中残留有酶解和发酵的抑制剂，酚类化合物就是其中一种，而PVP能与特定多酚化合物(如单宁)形成络合物，减缓其对酶解和发酵的抑制作用，因而可以省去木质纤维素底物与预处理液分离的传统步骤，节约水资源，简化操作。PVP对于木质纤维素酶解糖化的促进有利于降低纤维素乙醇的生产成本，有助于推动纤维素乙醇的工业化。本专利技术的目的通过下述方案实现：聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法：将木质纤维素或预处理后的木质纤维素加入缓冲溶液中配置成酶解液，或者是将木质纤维素连同相应的预处理液加入缓冲溶液中配置成酶解液，再加入PVP和纤维素酶，加热反至40～60℃反应，得到木质纤维素的糖化水解液；所述PVP的重均分子量为2500‐100000，所述PVP与木质纤维素干重的质量比为0.2‐25：100。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述缓冲溶液为醋酸‐醋酸钠、柠檬酸‐柠檬酸钠和磷酸盐缓冲液中至少一种。缓冲液的作用主要是为了保证酶解液的pH在酶解前后没有太大的变化，同时控制一定的离子强度，保证纤维素酶能有较高的活性。优选地，所述缓冲液的pH为4.0～6.5，离子强度为25～400mmol/L。优选地，所述纤维素酶的用量以木质纤维素中的葡聚糖含量计为1～20FPU/g。优选地，所述反应的时间为24～96h。优选地，所述木质纤维素为滤纸纤维素、微晶纤维素(Avicel)、松木、桉木、杨木、水曲柳、沙棘、伯树、杉木、桦木、玉米芯、玉米秸秆、麦秆、甘蔗渣、稻草、稻壳、食用菌基质、花生壳中的至少一种。优选地，所述预处理液是木质纤维素对应的预处理方法所得到的液体，如稀酸(DA)法和酸性亚硫酸预处理(SPORL)法得到的液体，一般含有较多的的酶解和发酵抑制物，根据预处理的方式不同而不同。优选地，所述预处理的方式包括：生物法、机械粉碎法、挤出法、微波处理法、超声处理法、碱处理法、酸处理法、臭氧分解法、有机溶剂法、离子液体处理法、蒸汽爆破法、水热法、氨气爆破法和湿氧化法中的至少一种。优选地，所述木质纤维素干重与酶解液质量比为1‐30：100。通常需要适当控制木质纤维素干重与酶解液质量的比，当低于1质量％时，酶解后糖浓度很低，工业应用的价值低，当高于30质量％时，酶解液的粘度很大，木质纤维素水化困难，输送不方便。因此，将木质纤维素的浓度控制在1‐30质量％是适宜的，但是适当超出上述范围也是可以的。优选地，所述加入PVP和纤维素酶前的酶解液的pH为4.0～6.5。进一步优选酶解液的pH为4.8‐6.0。如果酶解液的pH低于4.0或高于6.5，纤维素的酶解糖化效率将会有较为明显的下降，因为目前纤维素酶的最适pH在5.0附近，过高或过低都会影响纤维素酶的活性，但是只要加入PVP，还是可以提高木质纤维素酶解糖化得率。本专利技术中，PVP的分子量对木质纤维素的酶解有较大影响，重均分子量超过100000的PVP需要较多的量才能显著促进纤木质纤维素的酶解糖化。本专利技术中，PVP的掺量对木质纤维素的酶解糖化有较大的影响，PVP的掺量较少时，对酶解糖化的促进作用不明显，随着PVP的添加量逐渐增大，对木质纤维素的酶解糖化作用逐渐增强，当达到一定的掺量时，酶解糖化增加不明显甚至开始下降，且生产成本增加。所述PVP掺量与木质纤维素的比为0.2‐25质量％。本专利技术中，对纤维素酶没有特定的要求，对于目前普遍使用的Celluclast1.5L和CellicCTec2都有很好的促进作用。本专利技术中，纤维素酶添加量越多，木质纤维素酶解糖化率越高，但是纤维素酶的成本较高，因此添加量不能过高，纤维素酶的添加量较低时，木质纤维素酶解糖化不完全，原料中的纤维素不能充分的转化成单糖。所以，纤维素酶的添加量以木质纤维素中的葡聚糖含量计为1～20FPU/g。更优选地，所述纤维素酶的添加量以木质纤维素中的葡聚糖含量计为3～10FPU/g。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术利用了广泛使用的非离子表面活性剂PVP，其来源方便、价格低廉，有优良的生理惰性，是一种绿色环保的添加剂。(2)本专利技术方法中添加剂PVP相比于一般的酶解糖化促进剂，可以更显著的提高木质纤维素中纤维素的酶解糖化得率，添加适量的PVP，就可以使木质纤维素中纤维素的酶解效率净提高6.3‐69.1％。(3)本专利技术所述的方法，PVP可以与预处理液中糖化和发酵抑制物多酚类物质(单宁)络合，可以省去木质纤维素底物与预处理液的分离工艺，并且可以回收预处理液中的糖，实现木质纤维素资源的综合利用。(4)本专利技术所述的方法中，木质纤维素的酶解糖化在较广的pH范围(本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法，其特征在于，将木质纤维素原料加入缓冲溶液中配置成酶解液，再加入PVP和纤维素酶，加热至40～60℃反应，得到木质纤维素的糖化水解液；所述PVP的重均分子量为2500‐100000，所述PVP与木质纤维素干重的质量比为0.2‐25：100。

【技术特征摘要】
1.聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法，其特征在于，将木质纤维素原料加入缓冲溶液中配置成酶解液，再加入PVP和纤维素酶，加热至40～60℃反应，得到木质纤维素的糖化水解液；所述PVP的重均分子量为2500‐100000，所述PVP与木质纤维素干重的质量比为0.2‐25：100。2.根据权利要求1所述的聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法，其特征在于，所述缓冲溶液为醋酸‐醋酸钠、柠檬酸‐柠檬酸钠和磷酸盐缓冲液中至少一种。3.根据权利要求1或2所述的聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法，其特征在于，所述酶解液的pH为4.0～6.5，缓冲溶液的离子强度为25～400mmol/L。4.根据权利要求1所述的聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法，其特征在于，所述纤维素酶的用量以木质纤维素中的葡聚糖含量计为1～20FPU/g。5.根据权利要求1所述的聚乙烯吡咯烷酮提高木质纤维素酶解糖化得率的方法，其特征在于，所述反应的时间为24～...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼宏铭，邱学青，蔡诚，杨东杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44