專利名稱：磺化木質(zhì)素在木質(zhì)纖維原料酶水解糖化中的應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于酶工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磺化木質(zhì)素在木質(zhì)纖維原料酶水解糖化中的應用。
背景技術(shù)：
化石能源的日漸枯竭嚴重制約著世界文明的發(fā)展與進步，尋找可替代的再生資源成為世界各國的研究重點。上世紀70年代以來，生物能源作為一種可再生的潛在能源得到各國研究者的青睞。同時，生物能源的應用還能減少由傳統(tǒng)的化石能源使用過程中帶來的溫室氣體CO2及少量含硫、含氮的有害氣體，有效地緩解溫室效應。作為第二代生物燃料，木質(zhì)纖維原料具備產(chǎn)量大，成本低等特點使其具備更加明朗的發(fā)展前景。利用木質(zhì)纖維原料制備生物乙醇主要包括預處理、酶水解、發(fā)酵和蒸餾四個步驟。其中預處理和酶水解是決定生物乙醇生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵步驟。木質(zhì)纖維原料主要化學成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。在植物組織中，纖維素本身具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，半纖維 素與木質(zhì)素以共價鍵形式結(jié)合，并緊緊地包圍著纖維素，形成了一種堅固的天然屏障，使催化劑和一般微生物很難與纖維素接觸并使其降解。通過預處理可以打破纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間的連接，破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，分離或脫除部分半纖維素和木質(zhì)素，增加木質(zhì)纖維原料的孔隙度，提高酶對纖維素的接觸比表面積和可及性。作為植物細胞壁的三大組成成分之一，木質(zhì)素一直被認為是抑制植物纖維原料生物轉(zhuǎn)化的主要障礙。在生物質(zhì)通過酶水解轉(zhuǎn)化成液體燃料過程中，木質(zhì)素與酶的無效吸附以及木質(zhì)素給酶與纖維素接觸造成的通道阻礙被認為是影響木質(zhì)纖維原料轉(zhuǎn)化成液體燃料效率的主要原因。因為植物纖維原料結(jié)構(gòu)的復雜性，研究木質(zhì)素在生物轉(zhuǎn)化過程中的行為以及木質(zhì)素與酶的相互作用十分困難。研究者通過往反應底物中添加各種木質(zhì)素，或減少反應底物中木質(zhì)素含量以及對反應底物中的木質(zhì)素進行改性來研究木質(zhì)素對酶水解的影響。許多實驗表明，降低反應底物中的木質(zhì)素含量有利于提高底物中糖的酶水解轉(zhuǎn)化率。因此，各種有利于脫除原料木質(zhì)素的預處理方法被廣泛采用，例如堿法預處理。近年來，酶的高效利用和酶回收越來越受到人們的廣泛關(guān)注，因為酶的高成本極大制約著木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇的商業(yè)化進程。因此，能提高酶水解效率的助劑急需要被開發(fā)。但是，在酶水解過程中添加助劑無疑會增加額外費用，所以低成本、來源豐富、易獲得、易制備、效率高的添加劑才更有應用前景。酶水解添加劑需要滿足以下條件:能作用于酶的最高活性溫度；不能對后續(xù)發(fā)酵產(chǎn)生不利影響；能有利于提高底物的酶水解效率；能有利于減少酶的使用量；能有利于縮短酶水解時間。研究較多的酶水解助劑有表面活性齊U、牛血清蛋白、具有環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇(PEG)、蒽醌等?；腔举|(zhì)素，是經(jīng)過磺化改性的木質(zhì)素，具有較好的溶解性能和表面活性，能溶于水，現(xiàn)已在較多行業(yè)獲得廣泛應用，如作為混凝土減水劑、粘結(jié)劑、農(nóng)藥分散劑、染料分散劑
坐寸ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供磺化木質(zhì)素在木質(zhì)纖維原料酶水解糖化中的應用。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:磺化木質(zhì)素在木質(zhì)纖維原料酶水解糖化中的應用。其中，所述的磺化木質(zhì)素可以購自于市場或者自行制備得到。自行制備，則可以由含有木質(zhì)素的物料改性制備得到，所述的含有木質(zhì)素的物料為植物纖維原料、制漿廢液或
酶解殘渣。制漿是造紙前的一個工序，是將木質(zhì)纖維原料通過物理或者化學的方法制成纖維狀的細漿，用于造紙。制漿廢液里有從木質(zhì)纖維原料脫除的木質(zhì)素。酶解殘渣是指木質(zhì)纖維原料經(jīng)過纖維素酶水解后殘余的含有木質(zhì)素的固體部分。磺化木質(zhì)素自行制備的具體制備方法例如，可以將硫酸鹽制漿廢液經(jīng)浮油回收后，進行酸沉淀得到硫酸鹽木質(zhì)素，取硫酸鹽木質(zhì)素加水溶解，用堿調(diào)節(jié)溶液PH值至11后，離心分離除去下層泥沙等堿不溶物，清液用10wt%硫酸調(diào)pH值至9，離心分離，棄去上層清液，沉淀物用蒸餾水經(jīng)多次洗滌，至中性。所得沉淀物真空干燥后，用作后續(xù)反應的原料。稱取Ig木質(zhì)素樣品，配成25%的濃度,加入亞硫酸鈉1.3mmol,轉(zhuǎn)入125mL不銹鋼反應罐中，在160°C下反應3小時，得到磺化木質(zhì)素(參考文獻:楊益琴，李忠正，改性木材硫酸鹽木質(zhì)素制備染料分散劑的研究，林產(chǎn)化學與工業(yè)，23 (4)，31-36)。制備磺化木質(zhì)素的方法不局限于上述的一種，只要在木質(zhì)素分子的側(cè)鏈或者苯環(huán)上接有磺酸基即可制備磺化木質(zhì)素，反應式如下，中間一個是反應物，第一個和第三個都是產(chǎn)物磺化木質(zhì)素，由于化學藥品用量(亞硫酸鈉/甲醛)、反應溫度、時間的不同會得到不同磺化度(磺化度表征了木質(zhì)素分子接上磺酸基的概率，即每克木質(zhì)素中磺酸基的含量)不同分子量(200 10000不等)的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.磺化木質(zhì)素在木質(zhì)纖維原料酶水解糖化中的應用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，所述的磺化木質(zhì)素購自于市場或者自行制備得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應用，其特征在于，所述的磺化木質(zhì)素由含有木質(zhì)素的物料改性制備得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應用，其特征在于，所述的含有木質(zhì)素的物料為植物纖維原料、制漿廢液或酶解殘渣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，所述的木質(zhì)纖維原料為針葉木、闊葉木或禾本科植物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用，其特征在于，將磺化木質(zhì)素加入醋酸-醋酸鈉緩沖液中，再加入預處理后的酶解底物木質(zhì)纖維原料中，混合均勻后，加入酶液，進行酶水解糖化反應。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用，其特征在于，所述的磺化木質(zhì)素的加入質(zhì)量為預處理后的木質(zhì)纖維原料質(zhì)量的I 50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用，其特征在于，所述的酶解底物濃度范圍為I 10wt%
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用，其特征在于，所述的酶為纖維素酶、木聚糖酶和β-纖維二糖酶的混合物；三種酶單位體積的酶活比為纖維素酶:木聚糖酶:β -纖維二糖酶=IFPU:1.2FXU:lCBUo
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應用，其特征在于，酶水解糖化反應溫度為40 50°C，反應時間為12 120h，攪拌條件下進行酶水解糖化反應，攪拌轉(zhuǎn)速150 200r/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了磺化木質(zhì)素在木質(zhì)纖維原料酶水解糖化中的應用。本發(fā)明通過在酶解過程中加入磺化木質(zhì)素，不僅可有效提高酶水解糖化效率，縮短酶解保留時間，同時還可以減少酶用量，提高酶的活性，降低木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)生物能源的酶水解成本。
文檔編號C12P19/14GK103194504SQ20131007915
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者金永燦, 王旺霞, 谷峰, 杜晶 申請人:南京林業(yè)大學