專(zhuān)利名稱(chēng)：一種獲取可轉(zhuǎn)化底物的木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種由木質(zhì)纖維素 5原料獲取能夠用于多種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的可轉(zhuǎn)化底物的生物預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
隨著化石資源日益枯竭，尋找新的替代能源及自非石油路線獲取生 物煉制及輕化工原料成為研究熱點(diǎn)，以生物質(zhì)能源為主導(dǎo)的生物煉 制、生物化工以其清潔、環(huán)保倍受重視。目前主要以淀粉類(lèi)生物質(zhì)如
10陳化糧、玉米、小麥、薯類(lèi)為生物煉制、生物化工、生物醫(yī)藥及食品 發(fā)酵、生物飼料等的主要生產(chǎn)原料。長(zhǎng)期以糧食為原料涉及與人爭(zhēng)糧 爭(zhēng)地、成本居高不下等問(wèn)題，且已經(jīng)危及國(guó)家糧食安全，急需尋求廉 價(jià)的原料來(lái)源。因此從廉價(jià)木質(zhì)纖維素原料中獲取生物煉制、生物質(zhì) 能源、生物化工、生物醫(yī)藥、食品加工、生物肥料及飼料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物所
15 需的可轉(zhuǎn)化底物成為研究重點(diǎn)。
可轉(zhuǎn)化底物獲取主要包括兩個(gè)步驟①農(nóng)、林、食品加工、制藥等 工農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素的釋放及酶解獲取可轉(zhuǎn)化糖 類(lèi)；②農(nóng)、林、食品加工、制藥等工農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)經(jīng)生物降解、改 性及轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的可轉(zhuǎn)化底物。其中木質(zhì)素、半纖維素的選擇性可控 20 降解與可轉(zhuǎn)化底物廉價(jià)產(chǎn)生與釋放、酶作用效率提高及用量減少是降 低成本的關(guān)鍵。
農(nóng)、林、食品加工、制藥等工農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)中的主要成分是木質(zhì) 纖維素，其結(jié)構(gòu)特征對(duì)復(fù)合纖維素酶作用有十分重要的影響。研究證 明，生物質(zhì)木質(zhì)素含量、結(jié)構(gòu)多孔性(可利用的表面積)及纖維素的結(jié)
25晶性、是影響纖維素酶對(duì)纖維素降解的三大因素。原料中木質(zhì)纖維素 結(jié)構(gòu)破壞、多孔性的增加和纖維素結(jié)晶度的降低可以大大增加纖維素 酶的酶解效率，從而提高可轉(zhuǎn)化糖的獲得率。因此擔(dān)子菌對(duì)木質(zhì)素的
降解、改性及纖維素的解聚過(guò)程是獲取可轉(zhuǎn)化底物的關(guān)鍵。通常釆用 理化技術(shù)來(lái)獲取可發(fā)酵糖等其他底物。如物理預(yù)處理、化學(xué)預(yù)處理、 物理化學(xué)預(yù)處理等，其中堿和酸預(yù)處理是應(yīng)用較多的預(yù)處理方法。酸 處理的作用是水解木質(zhì)纖維素中的半纖維素，增加基質(zhì)的多孔性，但 5對(duì)于纖維素水解過(guò)程中的最大屏障"木質(zhì)素"作用很小且對(duì)乙醇發(fā)酵具
有抑制性；相對(duì)高濃度、高溫條件下的堿處理能夠去除原料中部分木
質(zhì)素，降低纖維素水解的屏障，但存在耗能，污染及能源底物流失等 不足，難以滿(mǎn)足規(guī)?；肮?jié)能減排的需求。因此尋求一種高選擇性、 處理廉價(jià)便利、環(huán)境友好的生物預(yù)處理技術(shù)是獲取可轉(zhuǎn)化底物的關(guān)
10鍵，利用擔(dān)子菌選擇性降解木質(zhì)素、半纖維素的特性有可能改變這一
現(xiàn)狀。擔(dān)子菌預(yù)處理技術(shù)反應(yīng)條件溫和，不產(chǎn)生污染，不僅是一種環(huán) 境友好技術(shù)，而且可以降低下一步反應(yīng)的能耗，更為重要的是，該技 術(shù)具有選擇性降解秸稈組分及減少乙醇發(fā)酵抑制因子的能力，從而使 生物預(yù)處理過(guò)程中可發(fā)酵糖流失及抑制乙醇發(fā)酵的問(wèn)題得到解決。
15 擔(dān)子菌生物制漿技術(shù)在造紙工業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，
木質(zhì)纖維素基質(zhì)經(jīng)擔(dān)子菌處理后，其物理特性和化學(xué)特性顯著改變， 結(jié)果導(dǎo)致機(jī)械制漿的能耗和化學(xué)制漿的試劑用量降低。但是利用擔(dān)子 菌預(yù)處理減少生物質(zhì)對(duì)纖維素酶反應(yīng)的抗性，促進(jìn)生物煉制、生物質(zhì) 能源等可轉(zhuǎn)化底物產(chǎn)生卻少見(jiàn)報(bào)道。
一些飼料研究表明，經(jīng)過(guò)微生物
20發(fā)酵后的秸桿飼料在瘤胃中更容易被消化，說(shuō)明微生物處理木質(zhì)纖維 素原料能夠改變纖維素酶反應(yīng)特性。因此，擔(dān)子菌對(duì)木質(zhì)素的降解與 對(duì)纖維素的解聚作用有可能應(yīng)用于木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理獲取生物 燃油及生物煉制所需的可轉(zhuǎn)化底物中。

發(fā)明內(nèi)容
25 本發(fā)明的目的在于提供一種獲取供生物煉制、生物能源、生物醫(yī)
藥、生物材料、食品加工、輕化工產(chǎn)品、生物飼料及肥料生產(chǎn)所需可 轉(zhuǎn)化底物的木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理方法。
本發(fā)明方法釆用具有選擇性破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的擔(dān)子菌株或菌 群在開(kāi)放條件下對(duì)木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行固體發(fā)酵連續(xù)生物預(yù)處理。經(jīng) 預(yù)處理后可直接或簡(jiǎn)單提取獲得可轉(zhuǎn)化底物，或者結(jié)合理化、生物質(zhì) 白腐菌降解體系復(fù)合酶法處理后獲取可轉(zhuǎn)化底物。該方法以生物降 5解、改性與轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為主導(dǎo)，部分結(jié)合理化、酶法處理技術(shù)，具有 可操作性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
具體的木質(zhì)纖維素原料包括農(nóng)作物秸稈類(lèi)、林木屑及竹碎屑、藤
蔓類(lèi)、果殼類(lèi)、植物中草藥及農(nóng)副產(chǎn)品加工后殘?jiān)?lèi)及雜草類(lèi)。其中 農(nóng)作物秸稈類(lèi)，包括稻草、玉米秸稈、小麥秸稈、高粱秸稈、棉花秸
10 稈、木薯秸稈、黃豆秸稈、葵花秸稈、芝麻秸稈、花生秸稈及油菜秸
稈；林木屑及竹碎屑；藤蔓類(lèi)，包括薯藤、葛藤、南瓜藤、冬瓜藤、 黃瓜藤；果殼類(lèi)，包括玉米苞衣、麩皮、花生殼、板栗殼及谷殼；植 物中草藥及農(nóng)副產(chǎn)品加工后殘?jiān)?，包括中藥渣、風(fēng)眼蓮渣、甘蔗渣、 紅薯渣、土豆渣、木薯渣、蓮藕渣、花生渣及果渣；雜草類(lèi)。
15 木質(zhì)纖維素原料在擔(dān)子菌或菌群生物預(yù)處理之前部分進(jìn)行粒度處 理，其中農(nóng)作物秸稈類(lèi)、林木屑及竹碎屑、藤蔓類(lèi)、果殼類(lèi)及雜草類(lèi) 原料分別剪切長(zhǎng)度為lcm 5cm的小段或者粉碎至5 40目，植物中 草藥及農(nóng)副產(chǎn)品加工后殘?jiān)?lèi)原料粉碎至5 40目，優(yōu)化的長(zhǎng)度及粒 度處理分別為lcm-3cm和10~30目，最優(yōu)的粒度處理分別為2cm
20 和20目。
其中，所使用的擔(dān)子菌株或菌群為具有降解顯著木質(zhì)素、半纖維 素降解作用的擔(dān)子菌,包括Echinodontium sp, Irpex sp, Trichaptum sp, Ganoderma sp, Polyporus sp, Pleurotus sp,Hydanm sp,Phellinus sp.
25 Auricularia sp, Polyporellus sp, Lentinus sp, Poria sp, Dictyophora sp, Fomitopsis sp, Agaricu sp, Schizophyllum sp, Grifola sp, Voluariella sp.
其中利用具有選擇性破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的擔(dān)子菌株或菌群在開(kāi)
放條件下固體發(fā)酵木質(zhì)纖維素原料的連續(xù)生物預(yù)處理工藝為將木質(zhì) 纖維素原料與水適當(dāng)混合制成發(fā)酵基質(zhì)，兩者可按重量體積比1:1.5~ l:3.5(W/V)混合，pH自然，將擔(dān)子菌株或者菌群的固體菌種按照5%~ 40。/。(W/W)的比例接種到未滅菌發(fā)酵基質(zhì)中，攪拌均勻，溫度控制20 5 。C 37。C,濕度控制75%~95%，發(fā)酵時(shí)間10d~ 30d;處理完畢，60% ~ 95。/。(W/W)發(fā)酵原料取出進(jìn)入可轉(zhuǎn)化底物獲取階段，同時(shí)補(bǔ)加新鮮原 料至原始體積，攪拌均勻循環(huán)發(fā)酵。待菌絲穿透與長(zhǎng)滿(mǎn)木質(zhì)纖維素基 質(zhì)，檢測(cè)可轉(zhuǎn)化底物糖達(dá)到60%以上時(shí)，則進(jìn)入可轉(zhuǎn)化底物獲取階段。 優(yōu)化的連續(xù)生物預(yù)處理工藝為木質(zhì)纖維素原料與水重量體積比例
io為1: 2~1: 2.5 (W/V),將擔(dān)子菌株或者菌群的菌種按照15% ~ 20% 的比例接種到未滅菌發(fā)酵基質(zhì)中，攪拌均勻，溫度控制25'C-3(TC, 濕度控制80% - 90%，發(fā)酵時(shí)間10d ~ 20d;處理完畢，70% ~ 85%(W/W) 發(fā)酵原料取出進(jìn)入可轉(zhuǎn)化底物獲取階段。
更優(yōu)的連續(xù)生物預(yù)處理工藝為木質(zhì)纖維素原料與水比例為1:2.5,
15 將擔(dān)子菌株或者菌群的菌種按照10%~20%的比例接種到未滅菌發(fā)酵 基質(zhì)中，攪拌均勻，溫度控制25'C 28。C，濕度控制85~90%,發(fā)酵時(shí) 間12~14d;處理完畢，80 90。/。(W/W)發(fā)酵原料取出進(jìn)入可轉(zhuǎn)化底物 獲取階段。
木質(zhì)纖維素原料生物預(yù)處理之后，可直接獲得木質(zhì)纖維素降解與改 20性產(chǎn)物、擔(dān)子菌體、擔(dān)子菌多糖、擔(dān)子菌糖蛋白、油脂等可轉(zhuǎn)化底物； 或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的提取工藝，包括浸泡、濃縮、分離、純化步驟獲得酸類(lèi)、 糖類(lèi)及醛酮類(lèi)可轉(zhuǎn)化底物；也可結(jié)合溫和酸、堿、蒸汽爆破以及生物 質(zhì)白腐菌降解復(fù)合酶解技術(shù)獲得糖類(lèi)、酸類(lèi)等可轉(zhuǎn)化底物。
可轉(zhuǎn)化底物包括主要包括四大類(lèi)生物煉制底物；生物燃油、燃 25氣及輕化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化底物、生物煉制底物；食品及藥業(yè)生物活性物質(zhì) 轉(zhuǎn)化底物。其中生物煉制底物包括戊糖、己糖、醛、酮、酚類(lèi)及有機(jī) 酸；生物燃油、燃?xì)饧拜p化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化底物包括擔(dān)子菌體、木質(zhì)纖維 素改性殘?jiān)约岸嗵?、油脂、戊糖、己糖、醛、酮、有機(jī)酸、吹喃、
糠醛、LCC;食品及藥業(yè)生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化底物包括木質(zhì)纖維素降解 與改性產(chǎn)物、擔(dān)子菌體、擔(dān)子菌多糖、多肽、擔(dān)子菌糖蛋白及次生代 謝產(chǎn)物。生物伺料及生物肥料轉(zhuǎn)化底物包括擔(dān)子菌體、擔(dān)子菌多糖、 多肽、擔(dān)子菌糖蛋白、次生代謝產(chǎn)物、粗纖維及糖類(lèi)；生物質(zhì)改性殘 s渣，腐質(zhì)酸及用于保水、緩釋的木質(zhì)纖維素降解產(chǎn)物。 本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于
1) 釆用擔(dān)子菌株或者菌群能夠?qū)Χ喾N富含木質(zhì)纖維素的農(nóng)、 林、藥植物及工業(yè)廢棄物原料進(jìn)行連續(xù)開(kāi)放預(yù)處理，降低 預(yù)處理或者整合工藝的生產(chǎn)成本。 io2) 預(yù)處理工藝可與多種目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化工藝整合如生物煉制、 熱化學(xué)及化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物能源轉(zhuǎn)化、輕化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化、食 品及醫(yī)藥轉(zhuǎn)化、生物飼料及肥料轉(zhuǎn)化工藝等，能夠使轉(zhuǎn)化 產(chǎn)品多元化，提高得率與品質(zhì)。且對(duì)后續(xù)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化工藝具 有促進(jìn)作用。
15 3) 木質(zhì)纖維素原料經(jīng)擔(dān)子菌株或者菌群生物預(yù)處理后再結(jié)合 理化輔助處理及生物質(zhì)白腐菌降解體系復(fù)合酶法技術(shù)不僅 可實(shí)現(xiàn)可發(fā)酵糖的最大化釋放，而且可顯著降低纖維素酶 用量。相對(duì)常規(guī)理化處理，酸、堿試劑濃度及用量、污染 程度及能耗均顯著降低。
20 4 ) 木質(zhì)纖維素原料經(jīng)擔(dān)子菌株或者菌群生物預(yù)處理后同步產(chǎn) 生除戊糖、己糖之外的可轉(zhuǎn)化底物包括生物質(zhì)擔(dān)子菌降 解、改性及轉(zhuǎn)化的其它可轉(zhuǎn)化底物；擔(dān)子菌生物體及其分 泌、代謝產(chǎn)物。可用于多種目標(biāo)產(chǎn)物的生物煉制、生物材 料、藥物及輕化工產(chǎn)品生物與化學(xué)轉(zhuǎn)化、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、生
25 物飼料及肥料生產(chǎn)工藝所需原料。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的
限制。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或 條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。
若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟 知的常規(guī)手段。實(shí)施例中的菌種均可自中國(guó)微生物菌種保藏管理委員 5 會(huì)普通微生物中心購(gòu)買(mǎi)。
實(shí)施例1擔(dān)子菌或菌群固體菌種制備
將冰箱保藏的具有顯著性生物質(zhì)破壞能力的擔(dān)子菌株如
五c/n."o^/o"&,平，7Wc/ a/^ww2平，7rpex平及顯著性降解半纖維素的 擔(dān)子菌株*Sc/n'zo/ /^〃, ， 尸o(ypo/^〃ws取尸on,o: 5/ .斜面菌株接入土 io 豆斜面上進(jìn)行活化，培養(yǎng)5 7d，待菌絲長(zhǎng)滿(mǎn)斜面后，取菌絲斜面塊 接入秸稈(如玉米秸稈)培養(yǎng)基中進(jìn)培養(yǎng)，26。C靜置培養(yǎng)5 7d，之 后進(jìn)行淺盤(pán)擴(kuò)培6 8d，即得開(kāi)放用固體菌種。
實(shí)施例2擔(dān)子菌或菌群連續(xù)開(kāi)放處理(一)
按實(shí)施例1的方法制備菌種五c/n."o^/owriw附, 7h'cAa/^w附 15 /rpex s/ ， Sc/n'zop^y〃, sp， A fy/ ore〃ws平。開(kāi)方夂條件下，將制備好 的菌種分別接種至未滅菌的玉米秸稈(粉碎至20~40目)，玉米秸桿 水W/V比為1: 2.5， pH自然，接種量10% (W/W))培養(yǎng)基混合均 勻，于25 28。C下靜置發(fā)酵10~14d,取出80~90%(\￥/\￥)的發(fā)酵后的 基質(zhì)烘千，用于可轉(zhuǎn)化底物的獲??；取10%~20%(\￥/\￥)過(guò)程發(fā)酵基 20 質(zhì)再添加80。/。 90。/。(W/W)新鮮渣料混合均勻發(fā)酵，連續(xù)半年循環(huán)預(yù) 處理。
實(shí)施例3擔(dān)子菌或菌群連續(xù)開(kāi)放處理(二)
按實(shí)施例1的方法制備菌種五c/n720fifo""'w附印.。開(kāi)放條件下，將 制備好的菌種與未滅菌的風(fēng)眼蓮渣(料渣水W/V比為1: 2.5, pH 25自然，接種量15%)培養(yǎng)基混合均勻，于25 28'C下靜置發(fā)酵10~14d, 取出80 90。/c)(W/W)的發(fā)酵后的基質(zhì)烘干，用于可轉(zhuǎn)化底物的獲?。?取10。/。 20。/。(W/W)發(fā)酵后的基質(zhì)再添加80。/。 90。/。(W/W)新鮮渣料
混合均勻發(fā)酵，連續(xù)半年循環(huán)預(yù)處理。
實(shí)施例4擔(dān)子菌或菌群連續(xù)開(kāi)放處理(三)
按實(shí)施例1的方法牽!j備菌種Sc&zo; /^〃wm 5p， E"c/n'wodow"'wm s/ 。 開(kāi)放條件下，將制備好的菌種等比例(W/W)混合后與未滅菌的紅薯 5 藤渣或者甘草渣等(料渣水W/V比為1: 2.5， pH自然)培養(yǎng)基混 合均勻，于25 28。C下靜置發(fā)酵10~14d,取出80-90。/。(W/W)的發(fā)酵 后的基質(zhì)烘干，用于可轉(zhuǎn)化底物的獲??；取10。/。 20。/。(W/W)過(guò)程發(fā) 酵基質(zhì)再添加80。/。 90。/。(W/W)新鮮渣料混合均勻發(fā)酵，連續(xù)半年循 環(huán)預(yù)處理。
io實(shí)施例5擔(dān)子菌或菌群連續(xù)開(kāi)放處理(四)
按實(shí)施例1的方法制備菌種EcA/"oc/ow^/m s/ .， 7h'c/^/^iwz s/ Sc/n'zo; /^〃Mm^ 。開(kāi)放條件下，將制備好的菌種等比例(W/W)混合 后與未滅菌的玉米秸稈(剪切長(zhǎng)度為1 cm ~2cm或者粉碎至10~20 目，玉米秸稈水W/V比為1: 2， pH自然，接種量20% W/W)培
15 養(yǎng)基混合均勻，于25。C 30。C下靜置發(fā)酵15~20d，取出65。/。(W/W) 的發(fā)酵后的基質(zhì)烘干，用于可轉(zhuǎn)化底物的獲取；取20~30%發(fā)酵后的 基質(zhì)再添加70 80。/。(W/W)新鮮渣料混合均勾、發(fā)酵。連續(xù)半年循環(huán) 預(yù)處理。
實(shí)施例6擔(dān)子菌或菌群連續(xù)開(kāi)放處理(五)
20將制備好的菌種五c/ /"oi/o""畫(huà)平,7Wc^a/^w附7r/ ex印, Sc/n'zop/^/wm s/ ，尸ofypow〃ws印，按重量比等比例混合后與未滅菌的玉 米秸稈(剪切長(zhǎng)度為2cm 3cm或者粉碎至5 10目，玉米秸稈水 W/V比為l: 3, pH自然，接種量5。/。W/W)培養(yǎng)基混合均勻，于37 'C下靜置發(fā)酵20d,取出60-70。/。(W/W)的發(fā)酵基質(zhì)用于可轉(zhuǎn)化底物
25 的獲??；取30 ~ 40% (W/W)發(fā)酵過(guò)程基質(zhì)再添加60 ~ 70 % (W/W)新鮮 渣料混合均勾，發(fā)酵連續(xù)半年循環(huán)預(yù)處理。 實(shí)施例7可轉(zhuǎn)化底物的直接提取
以風(fēng)眼蓮渣為原料，按照實(shí)施例3的方法進(jìn)行連續(xù)處理，取已發(fā) 酵的基質(zhì)浸泡(物料水=1: 10)4h,濃縮5倍體積，再經(jīng)過(guò)氣相 及液相色譜測(cè)定，結(jié)果表明，濃縮液中富含糖類(lèi)、醇類(lèi)、酸類(lèi)等可轉(zhuǎn) 5化底物，其中草酸的平均含量達(dá)25g/L。
實(shí)施例8可轉(zhuǎn)化底物的GLA油脂轉(zhuǎn)化
以紅薯藤渣為原料，按照實(shí)施例4的方法進(jìn)行連續(xù)處理，取已發(fā) 酵的基質(zhì)，分別直接加入30。/。的蔗糖，滅完菌后接入15。/"v/w)GLA 油脂合成菌種0/""z'"g/ awe//a e/ega"s ,在間歇式無(wú)菌空氣通入下，28 10 'C封閉式發(fā)酵8d，其多不飽和脂肪酸平均產(chǎn)量達(dá)到8g/kg發(fā)酵干基質(zhì) 以上，其中GLA平均產(chǎn)量達(dá)到1.5g/kg發(fā)酵干基質(zhì)，產(chǎn)品具有很高的 醫(yī)藥用價(jià)值。
實(shí)施例9可轉(zhuǎn)化底物的燃料油脂轉(zhuǎn)化
以玉米秸稈(20~40目)為原料，按照實(shí)施例2的方法進(jìn)行連續(xù) 15 處理，取經(jīng)EcA/"ofifo""wwi w。發(fā)酵的基質(zhì)，添加淀粉15%及20%的 蔗糖滅完菌后接入15% (v/w)的油脂合成菌株Cw"m'"g/wme//a ^，在 間歇式無(wú)菌空氣通入下，28X:封閉式發(fā)酵5~7d。由此獲取富含微生 物油脂熱值提升的原料進(jìn)一步熱化學(xué)轉(zhuǎn)化獲取生物質(zhì)能或者直接作 為生物質(zhì)能原料。
20實(shí)施例10可轉(zhuǎn)化底物的進(jìn)一步熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能
以玉米秸稈(10~20目)為原料，按照實(shí)施例5的方法進(jìn)行連續(xù) 處理，取已發(fā)酵的基質(zhì)進(jìn)行能譜分析，生物質(zhì)C/0顯著下降至1.26， 有助于節(jié)能減排進(jìn)一步進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)獲取生物質(zhì)能。
實(shí)施例11結(jié)合堿處理獲得可轉(zhuǎn)化底物(一 ) 25以玉米秸稈(5~10目)為原料，按照實(shí)施例6的方法進(jìn)行連續(xù) 處理，取已發(fā)酵基質(zhì)與NaOH溶液(W/V)為1: 10， NaOH溶液濃
度為1%, 75'C下處理4h，其可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%。較單獨(dú)堿處 理堿用量降低10% (W/V)，纖維素酶用量降低20%。 (W/W)
實(shí)施例12結(jié)合溫和堿處理獲得可轉(zhuǎn)化底物(二)
以玉米秸稈(20~40目)為原料，按照實(shí)施例2的方法進(jìn)行連續(xù) 5處理，取經(jīng)/^"^菌株發(fā)酵基質(zhì)，釆用發(fā)酵基質(zhì)堿液(W/V)為 1: 20,堿液為NaOH/H202,濃度為0.176%，常溫下處理24h，其可 發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%。較單獨(dú)堿處理堿用量降低20%,纖維素酶用 量降低30%。
實(shí)施例13結(jié)合堿處理獲得可轉(zhuǎn)化底物(三) io以玉米秸稈(5-10目為原料，按照實(shí)施例6的方法進(jìn)行連續(xù)處 理，取已發(fā)酵基質(zhì)，釆用發(fā)酵后的基質(zhì)堿液(W/V)為1: 10，堿 液為石灰水，添加量為0.5g/g干基質(zhì)(W/W)，常溫下處理2周， 其可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%。較單獨(dú)堿處理堿用量降低20%，纖維素 酶用量降低20%。
15實(shí)施例14結(jié)合酸處理獲得可轉(zhuǎn)化底物
以甘草渣為原料，按照實(shí)施例4的方法進(jìn)行連續(xù)處理，取已發(fā)酵 基質(zhì)，釆用發(fā)酵基質(zhì)酸液(W/V)為1: 10，酸液為硫酸，濃度為 2%, 10(TC處理2h,其可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%。較單獨(dú)堿處理堿用 量降低15%，纖維素酶用量降低20%。
20實(shí)施例15結(jié)合蒸汽爆破處理獲得可轉(zhuǎn)化底物
以玉米秸稈(5-10目)為原料，按照實(shí)施例6的方法進(jìn)行連續(xù) 處理，取已發(fā)酵基質(zhì)，釆用發(fā)酵基質(zhì)溶液(W/V)為1: 5，溶液為 硫酸，濃度為1%， 1.5Mpa， 160'C處理5min，其平均可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化 率達(dá)85%。
25實(shí)施例16結(jié)合纖維素酶法處理獲得可轉(zhuǎn)化底物
以紅薯藤渣為原料，按照實(shí)施例4的方法進(jìn)行連續(xù)處理，取已發(fā)
酵的基質(zhì)，采用發(fā)酵基質(zhì)水溶液(W/V)為1: 20，生物質(zhì)白腐菌 降解液30%，復(fù)合纖維素酶用量為8IU/g秸稈，48'C酶解48h,其平 均可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%以上。
實(shí)施例17結(jié)合溫和堿處理及纖維素酶法處理獲得可轉(zhuǎn)化底物 5 以玉米秸稈(20~40目)為原料，按照實(shí)施例2的方法進(jìn)行連續(xù)
處理之后，取經(jīng)7Hc/^內(nèi)wm ^譜「橫發(fā)酵的基質(zhì)先進(jìn)行溫和堿處理， 處理?xiàng)l件為固液比(W/V)為1: 25， NaOH濃度為0.1%, H202 濃度為1%,室溫處理20h;再進(jìn)行生物質(zhì)白腐菌降解液30%復(fù)合纖 維素酶解，酶解條件為固液比為1: 20，纖維素酶用量為5IU/g秸 io 稈，48'C酶解48h，其可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到75%以上較單獨(dú)堿處理堿 用量降低20%,纖維素酶用量降低30%。
權(quán)利要求
1、一種木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理方法，其特征在于采用具有選擇性破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的擔(dān)子菌株或菌群在開(kāi)放條件下對(duì)各種木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行固體發(fā)酵連續(xù)處理。
2、如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述擔(dān)子菌選自五c力/wo^/ow"i/m sp. 、 7i7 ex sp 、 7h'cAaprt/w2 sp.、爿rm〃/an'e〃a sp. 、 5^rewm sp.、場(chǎng)gra/ Aoms sp. 、 sp.、 ( 朋ocferma sp. 、 ■Po/woms sp、尸/ewra加sp. 、 /^/a m sp.、尸Ae〃/"MS sp. 、 Jwn'cw/anVz sp.、尸ofy/ o;^〃ws sp、丄ew"wM&sp.、尸on.asp. 、 i)z'c(yo/ Aora sp. 、 FomzYop57's sp. 、 ^4gan'cz^ iosp. 、 ScA/zo; A;;〃Mm sp. 、 Gn/o/a sp、 P^/wanW/a sp.中的 一種或多種。
3、如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述預(yù)處理的 方法是將木質(zhì)纖維素原料與適量水混合為發(fā)酵基質(zhì)，將擔(dān)子菌株或 者菌群的菌種按照5%~30%的比例接種到發(fā)酵基質(zhì)中，攪拌均勻， 溫度控制20°C ~37°C,濕度控制75%~95%，發(fā)酵時(shí)間10d-30d。 15
4、如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，發(fā)酵結(jié)束后，取出70% ~ 95%( W/W )發(fā)酵后的基質(zhì)用于獲取可轉(zhuǎn)化底物，取出5% ~ 30% (W/W)發(fā)酵后的基質(zhì)補(bǔ)加到新鮮原料至原始體積，攪拌均勻循環(huán)發(fā) 酵。
5、如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述固體發(fā)酵連 20 續(xù)處理的方法是將木質(zhì)纖維素原料與水W/V為1: 2.5混合制成發(fā)酵 基質(zhì)，將擔(dān)子菌株或者菌群的菌種按照15%~20% (W/W)的比例接 種到未滅菌發(fā)酵基質(zhì)中，攪拌均勻，溫度控制25。C 3(TC，濕度控制 80%~90%，發(fā)酵時(shí)間10d~20d;處理完畢，80%~90%(W/W)已 發(fā)酵基質(zhì)用于獲取可轉(zhuǎn)化底物，取出15%~20% (W/W)過(guò)程中發(fā)酵 25基質(zhì)補(bǔ)加到新鮮原料至原始體積攪拌均勻循環(huán)發(fā)酵。
6、如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維 素原料選自農(nóng)作物秸稈類(lèi)，包括稻草、玉米秸稈、小麥秸稈、高粱秸稈、棉花秸稈、木薯秸稈、黃豆秸稈、葵花秸稈、芝麻秸稈、花生，秸稈及油菜秸稈；林木屑及竹碎屑；藤蔓類(lèi)，包括薯藤、葛藤、南瓜 藤、冬瓜藤、黃瓜藤；果殼類(lèi)，包括玉米苞衣、麩皮、花生殼、板栗 殼及谷殼；植物中草藥及農(nóng)副產(chǎn)品加工后殘?jiān)?lèi)，包括中藥渣、風(fēng)眼 5 蓮渣、甘蔗渣、紅薯渣、土豆渣、木薯渣、蓮藕渣、花生渣及果疏渣; 雜草類(lèi)。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括在發(fā)酵 前對(duì)木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行片段或者粒度處理。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述片段或者粒度處 io理是將木質(zhì)纖維素原料剪切為lcm 5cm的小段或者粉碎至5 40目。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，發(fā)酵結(jié)束后， 發(fā)酵后的基質(zhì)直接或經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的提取工藝獲得可轉(zhuǎn)化底物，或者再結(jié) 合酸、堿、蒸汽爆破以及生物質(zhì)白腐菌降解液復(fù)合纖維素酶解技術(shù)獲 得可轉(zhuǎn)化底物。
10、如權(quán)利要求l或2所述的方法，其特征在于，可轉(zhuǎn)化底物分別用于生物煉制底物；生物燃油、燃?xì)?、生物材料及輕化工產(chǎn)品轉(zhuǎn) 化底物；食品及藥物生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化底物；生物飼料及生物肥料轉(zhuǎn) 化底物，其物質(zhì)類(lèi)型包括木質(zhì)纖維素降解與改性產(chǎn)物，包括木質(zhì)纖維素 20 殘?jiān)?、粗纖維，戊糖、己糖、醛、酮、酚、有機(jī)酸、呋喃、糠醛和LCC; 木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，包括擔(dān)子菌體、擔(dān)子菌多糖、多肽、擔(dān)子菌糖 蛋白及次生代謝產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種獲取供生物煉制、生物能源、生物醫(yī)藥、食品加工、輕化工產(chǎn)品、生物飼料及肥料生產(chǎn)所需可轉(zhuǎn)化底物的木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理方法，其采用具有選擇性破壞木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)的擔(dān)子菌株或菌群在開(kāi)放條件下對(duì)各種木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行固體發(fā)酵連續(xù)預(yù)處理。經(jīng)預(yù)處理后可直接或簡(jiǎn)單提取獲得可轉(zhuǎn)化底物，或者結(jié)合理化、生物質(zhì)白腐菌降解體系復(fù)合酶法處理后獲取可轉(zhuǎn)化底物。本發(fā)明方法以生物降解、改性與轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為主導(dǎo)，部分結(jié)合理化、酶法處理技術(shù)，具有可操作性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P19/14GK101392268SQ20081016121
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者余洪波, 張曉昱, 徐春燕, 靜 柯, 鄔鍵國(guó) 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)