專利名稱：一種蒸汽爆破預(yù)處理提高植物秸稈阿魏酸提取率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明屬于生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及蒸汽爆破預(yù)處理提高植物秸稈阿魏 酸提取率的方法。
背景技術(shù)：
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阿魏酸是一種芳香族有機酸，廣泛存在于植物細(xì)胞壁中，是很多中草藥如阿 魏、當(dāng)歸等的有效成分之一。現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品等各行業(yè)。但 是阿魏酸在植物細(xì)胞壁中含量相對較低，且大多以單體或者聚體的形式結(jié)合在木 質(zhì)素和多糖之間，使細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜致密，阿魏酸難以釋放。
阿魏酸也廣泛存在于農(nóng)作物秸稈中，但目前為止還為得到大規(guī)模的開發(fā)利 用，原因之一是植物秸稈細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)特殊、難以降解在秸稈的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中， 纖維素分子鏈規(guī)則排列，聚集成束，以微細(xì)纖維形式構(gòu)成纖維素骨架，木質(zhì)素和 半纖維素以共價鍵方式交聯(lián)在一起，形成三維框架結(jié)構(gòu)，把微纖維束鑲嵌在里面，
致使從天然纖維素原料細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)更加致密。為了去除或降低木質(zhì)素的障礙，降 低天然纖維素的聚合度和結(jié)晶度，提高天然纖維素對木質(zhì)纖維原料降解酶的敏感 性、使其中高附加值產(chǎn)品充分釋放而得到開發(fā)利用，所以秸扦必須經(jīng)過預(yù)處理， 為其全利用創(chuàng)造前提條件。
目前秸桿預(yù)處理的方法，大致可分為物理法、化學(xué)法、生物法。其中物理法 主要是采用粉碎、高能輻射、蒸汽爆破(簡稱汽爆)等方式降低纖維素的結(jié)晶度， 提高其可及性。粉碎可以降低纖維素的聚合度，增加原料的可及性，但是能耗高，
而且對阿魏酸提取率的提高幅度很小。高能輻射同樣能耗很高，對原料酶解率的
提高有限。蒸汽爆破法是Manson于1927年提出的一種相對經(jīng)濟而且清潔的 預(yù)處理方法(美國專利，1655618)。蒸汽爆破預(yù)處理對秸稈結(jié)構(gòu)的影響包括高 溫蒸煮和瞬間減壓產(chǎn)生的機械作用兩個方面高溫蒸煮的過程中，木質(zhì)素熔化，
半纖維素降解，纖維細(xì)胞間的結(jié)合減弱；瞬間的減壓噴放，物料內(nèi)所含的水分迅
速蒸發(fā)、膨脹，產(chǎn)生的爆破力使得秸稈的組織結(jié)構(gòu)破壞，秸稈被撕裂成小的片段，纖維與纖維互相分開，變成結(jié)構(gòu)疏松、柔軟的立體狀組織，木質(zhì)素重新分布，纖 維素充分暴露。經(jīng)過這一過程的處理，大大增加了秸稈的表面積和孔隙度，使纖 維素的結(jié)晶度降低、可及性增加。
現(xiàn)階段阿魏酸的制備方法主要以米糠為原料、堿解法為主，但該法中用堿對 設(shè)備要求高，且產(chǎn)生大量廢水；而化學(xué)合成法中使用大量的有機試劑，造成環(huán)境 污染；從植物中直接提取阿魏酸則多為采用化學(xué)方法，應(yīng)用大量有機試劑，但產(chǎn) 量低，成本高。發(fā)明專利CN1425773A中的酶法同時制備低聚糖和阿魏酸的方 法中采用了生物酶解方法，但是對主要以麥麩等為原料，預(yù)處理方式主要以粉碎、 蒸煮為主。對植物秸稈來講，這樣的預(yù)處理方式不足以充分破壞細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)。
國外也對阿魏酸的提取和制備進(jìn)行了大量研究，主要以各種麥麩、玉米麩、 蔗渣、甜菜渣等，還未見以從植物秸稈中直接提取。對原料的預(yù)處理中，以粉碎、 去淀粉、脫脂等為主，雖有助于阿魏酸的釋放，但效果有限；以滅菌熱處理等方 法處理不適于工業(yè)化生產(chǎn)。
因此本發(fā)明旨在研究一種汽爆秸稈阿魏酸的制備方法，以克服植物秸稈阿魏 酸釋放率低的缺點，同時有效利用木質(zhì)纖維素資源，實現(xiàn)其生物量的全利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前植物秸稈預(yù)處理技術(shù)效率低、阿魏酸釋放率低的問 題，提出一種蒸汽爆破預(yù)處理提高植物秸稈阿魏酸提取率的方法。經(jīng)過蒸汽爆破 預(yù)處理后，植物秸稈阿魏酸的釋放率提高了 9 12倍，且處理方法簡單、清潔高 效。
本發(fā)明的方法是利用蒸汽爆破預(yù)處理提高植物秸稈阿魏酸提取率，所述方法 包括植物秸稈的蒸汽爆破預(yù)處理，汽爆后的植物秸稈風(fēng)干；然后將阿魏酸酯酶和 木質(zhì)纖維原料降解酶協(xié)同酶解風(fēng)干汽爆植物秸稈，得到含阿魏酸的酶解液。
本發(fā)明的方法中，阿魏酸酯酶和木質(zhì)纖維原料降解酶中的一種或者幾種是同 時加入到酶解體系中的。
本發(fā)明的蒸汽爆破預(yù)處理提高植物秸稈阿魏酸提取率的方法包括以下步驟 (1)將含水量在10-35%的植物秸稈在蒸汽壓力為0.9-1.9MPa的條件下蒸汽爆
破4 12min，風(fēng)干備用。(2)在步驟(1)得到的風(fēng)干汽爆植物秸稈中加入阿魏酸酯酶和木質(zhì)纖維素原料 降解酶中的一種或幾種，酶解條件為固液比l: 10~25，溫度35 55。C， pH 值3.0~6.0，時間l~12h。
本發(fā)明利用蒸汽爆破預(yù)處理技術(shù)，植物秸稈在汽爆的蒸汽蒸煮和瞬間爆破兩 個步驟的影響下，發(fā)生了類酸性水解及熱降解作用，使纖維素聚合度下降，并且 對木質(zhì)纖維素細(xì)胞壁中的氫鍵有破壞作用，從而半纖維素和部分木質(zhì)素降解為低 分子物質(zhì)，并使纖維疏松多孔，使酶更易侵入底物而發(fā)生作用；使得阿魏酸酯酶 和木質(zhì)纖維原料降解酶之間的協(xié)同作用更顯著。實驗表明經(jīng)過蒸汽爆破預(yù)處理 后，植物秸稈阿魏酸的釋放率提阿高了 9~12倍，證明了汽爆預(yù)處理的高效性， 同時該技術(shù)簡單，且清潔無污染。
具體實施例方式
實施例1:
1. 汽爆稻草
將切至10-15cm長的稻草150g加水150ml，攪拌均勻，裝入汽爆罐中，通 入蒸汽，待排出罐內(nèi)冷空氣后，關(guān)閉裝料閥，升壓到l.OMPa，維壓10min，打 開放料閥，瞬間減壓釋放即得汽爆稻草，風(fēng)干備用。
2. 汽爆稻草的酶解
取汽爆稻草2g，體系中纖維素酶30 IU FPA/g底物，阿魏酸酯酶1 IU/g底物， 然后用pH4.8醋酸緩沖液將酶解體系補充至50ml，于50。C恒溫水浴中酶解6h。 取樣，用HPLC測定樣品中阿魏酸的含量。
實施例2:
1. 汽爆稻草
將切至10-15cm長的稻草150g加水150ml，攪拌均勻，裝入汽爆罐中，通 入蒸汽，待排出罐內(nèi)冷空氣后，關(guān)閉裝料閥，升壓到1.5MPa，維壓4min，打開 放料閥，瞬間減壓釋放即得汽爆稻草，風(fēng)干備用。
2. 汽爆稻草的酶解取汽爆稻草2g，體系中纖維素酶30 IU FPA/g底物，阿魏酸酯酶1 IU/g底物， 然后用pH4.8醋酸緩沖液將酶解體系補充至50ml，于5(TC恒溫水浴中酶解8h。 取樣，用HPLC測定樣品中阿魏酸的含量。
實施例3:
1. 汽爆稻草
將切至10-15cm長的稻草150g加水150ml，攪拌均勻，裝入汽爆罐中，通 入蒸汽，待排出罐內(nèi)冷空氣后，關(guān)閉裝料閥，升壓到1.6MPa，維壓4min，打開 放料閥，瞬間減壓釋放即得汽爆稻草，風(fēng)干備用。
2. 汽爆稻草的酶解
取汽爆稻草2g，體系中纖維素酶20 IU FPA/g底物，阿魏酸酯酶1 IU/g底物， 然后用pH4.8醋酸緩沖液將酶解體系補充至40ml，于50'C恒溫水浴中酶解8h。 取樣，用HPLC測定樣品中阿魏酸的含量。
權(quán)利要求
1. 一種蒸汽爆破預(yù)處理提高植物秸稈阿魏酸提取率的方法，包括如下步驟(1) 將含水量在10-35%的植物秸稈在蒸汽壓力為0.9-1.9MPa的條件下蒸汽 爆破處理，風(fēng)干備用；(2) 將阿魏酸酯酶和木質(zhì)纖維原料降解酶協(xié)同作用，酶解步驟(1)中的風(fēng) 干汽爆植物秸稈，得到含阿魏酸的酶解液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的植物秸稈包括玉米秸稈、麥 草、稻草等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的汽爆處理時間為4-12min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于酶解時阿魏酸酯酶和木質(zhì)纖維原 料降解酶同時加入。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 4所述的方法，其特征在于所述的木質(zhì)纖維原料降解酶包 括纖維素酶、木聚糖酶、半纖維素酶等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、 4所述的方法，其特征在于酶解反應(yīng)的固液比為1: 10~25， 溫度為35 55。C， pH值為3.0 6.0，時間為l~12h。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及蒸汽爆破預(yù)處理提高植物秸稈阿魏酸提取率的方法。該方法為將含水量在10-25％的植物秸稈在蒸汽壓力為0.9-1.9MPa的條件下蒸汽爆破處理，風(fēng)干；將阿魏酸酯酶和木質(zhì)纖維原料降解酶協(xié)同作用，酶解風(fēng)干的汽爆植物秸稈，得到含阿魏酸的酶解液。所用蒸汽爆破技術(shù)清潔、高效且無污染，與酶法提取相結(jié)合，將植物秸稈中阿魏酸的釋放率提高了9～12倍。
文檔編號C12P33/00GK101311274SQ20071009950
公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者王洪川, 陳洪章 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所