本發(fā)明屬于食用菌廢棄物再利用研究領域，具體涉及一種秀珍菇廢菌糠粗酶制劑及其在發(fā)酵生產(chǎn)乙醇上的應用。

背景技術：

乙醇被認為是最有發(fā)展前景的可再生能源之一，由于其燃燒污染小、容易運輸和貯藏，在能源大量消耗的今天，乙醇有望部分代替石化能源，減輕環(huán)境污染，有效減緩能源危機，發(fā)展前景十分廣闊。目前乙醇生產(chǎn)多以谷物為原料，通過酶的作用轉化成糖，后經(jīng)發(fā)酵而成。利用谷物生產(chǎn)乙醇，生產(chǎn)成本偏高，同時我國是人口大國，糧食問題是首要的問題，目前國家針對谷物釀造乙醇具有嚴格的限定，因此利用價格低廉的纖維類物質(zhì)（如甘蔗渣）發(fā)酵生產(chǎn)乙醇就具有非常重大的實際意義。

甘蔗渣是甘蔗經(jīng)壓榨提取甘蔗汁后的副產(chǎn)物，具有價格低、可再生及纖維素含量高等特點，因而在發(fā)酵生產(chǎn)乙醇方面的應用得到許多研究者的廣泛關注。目前國內(nèi)外甘蔗渣利用途徑主要有：①作為燃料：在把甘蔗渣直接作為鍋爐燃料，能夠解決制糖廠的能源供應，但是每年都會燃燒掉很多甘蔗渣，利用率低，同時產(chǎn)生大量煙塵造成空氣污染。②制漿造紙：甘蔗渣與木材化學成分相近，因此很多紙廠都應用甘蔗渣制漿造紙。但用甘蔗渣制漿造出的各類紙的質(zhì)量沒有用木材制漿造出的紙柔韌性好，相比之下用甘蔗渣制造的紙品檔次顯低。③生產(chǎn)動物飼料：甘蔗渣除含有木質(zhì)纖維素外，還具有蛋白、可溶性糖、淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)，因而也被用作動物飼料。④生產(chǎn)人造板：甘蔗渣的化學成分與木材相似，是很好的制板原料，廣泛用于建筑、貼面、包裝、中高檔家具制造、室內(nèi)裝修、音響板、活動房屋等。⑤發(fā)酵生產(chǎn)乙醇：甘蔗渣主要成分包括纖維素與半纖維素，將甘蔗渣降解能產(chǎn)生己糖以及戊糖，糖類的進一步發(fā)酵就可以轉化為乙醇，在乙醇制備過程中，其關鍵在于對木質(zhì)素降解的控制，以獲得更多的單糖，甘蔗渣的成本低易收集，將其應用于乙醇生產(chǎn)能夠獲得明顯的經(jīng)濟效益。

甘蔗渣的內(nèi)部結構復雜，其纖維素常常與木質(zhì)素、半纖維素等物質(zhì)以鑲嵌形式存在，在常溫下不易直接降解糖化，必須進行適當?shù)念A處理；預處理的主要目的是通過破壞木質(zhì)素和半纖維素，降低纖維素的結晶度；去除木質(zhì)素以防止抑制發(fā)酵過程的副產(chǎn)物的產(chǎn)生。稀酸（硫酸）處理相較于物理處理法能耗低，同時可以減少毒副產(chǎn)物的生成，但糖得率較低；酶處理較其他處理法降解效果好，能耗低，糖的得率高，但成本較高。秀珍菇廢菌糠來源廣、價格低，利用廢菌糠制備粗酶制劑工藝簡單，制得的固體酶制劑含有多種木質(zhì)素降解酶類，利用多種酶對木質(zhì)纖維素協(xié)同降解作用處理能夠大大降低蔗渣整體結構的緊密度，提高酵母的利用效率，從而降低纖維素發(fā)酵乙醇的成本。因此，將稀酸處理與酶處理相結合，能夠產(chǎn)生綜合性的效果，對于乙醇產(chǎn)量的提高具有十分重要的現(xiàn)實意義與應用價值。本發(fā)明既可解決秀珍菇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢菌糠再處理再利用問題，避免其對環(huán)境造成的潛在污染，又可使秀珍菇廢菌糠利用價值提高，達到生態(tài)效益和經(jīng)濟效益雙豐收，具有較強的推廣應用前景。目前，尚無相關研究，本發(fā)明可填補相關領域研究空白。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要針對上述乙醇生產(chǎn)中所存在的生產(chǎn)成本較高的問題，提供一種秀珍菇廢菌糠粗酶制劑及其在發(fā)酵生產(chǎn)乙醇上的應用，以提高纖維素降解效率從而提高乙醇得率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種秀珍菇廢菌糠粗酶制劑，其中含有漆酶、木聚糖酶、纖維素酶，其制備工藝為：

（1）將秀珍菇廢菌糠按以下條件浸提：取廢菌料，粉碎后，加水震蕩浸提，料水重量比為1:12，轉速為180 r/min，浸提溫度為25℃，浸提時間為20 min，然后離心，得粗酶液；

（2）噴霧干燥制粗酶制劑：噴霧干燥參數(shù)為風機設定26.0 kW，通針設定5.0 s/次，蠕動泵設定55.0 mL/h，熱風流量3.5 m³/min，進風溫度105℃，進料速度23 mL/min。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述的秀珍菇廢菌糠粗酶制劑發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，包括如下具體步驟：

（1）甘蔗渣粉碎：利用超微粉碎機將甘蔗渣粉碎成毫米數(shù)量級大小；

（2）酸解：稱取上述甘蔗渣，按固液比1:5加入1.5%wt的稀硫酸，121℃高壓處理60 min后，置于室溫冷卻，用氫氧化鈉將pH調(diào)至4.5，分離固液兩相；

（3）酶解：步驟（2）所得甘蔗渣水清洗后烘干，將烘干后甘蔗渣用pH4.5的醋酸鈉緩沖液懸??；按固液比1：200加入秀珍菇廢菌糠粗酶制劑，30℃、200 rpm振蕩反應24h，每4 h取一次樣測葡萄糖、木糖濃度；

（4）發(fā)酵液配制：取酸解所得水解液1.25倍稀釋后，加入5%vol酶解所得甘蔗渣作為發(fā)酵液基質(zhì)，發(fā)酵液中還含有如下物質(zhì)： 2.0 g/L (NH₄)₂SO₄、4.0 g/L KH₂PO₄、1.0 g/L MgSO₄和0.2 g/L CaCl₂；121℃滅菌30 min作為發(fā)酵液使用；

（5）乙醇發(fā)酵：接入1.0%vol活化后的酵母菌發(fā)酵乙醇，發(fā)酵結束后分別測定葡萄糖、木糖及乙醇濃度，計算相應的糖消耗量及乙醇得率。

其中，所述步驟（5）中所使用的秀珍菇粗酶制劑酶活為0.5 U/mL。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

其一，目前工廠化生產(chǎn)的乙醇絕大多數(shù)都是以糧食作物為原料，從長遠看具有不可持續(xù)性，以甘蔗渣等纖維素材料降解發(fā)酵生產(chǎn)乙醇具有巨大的潛力。我國是世界甘蔗生產(chǎn)第一大國，每年產(chǎn)生大量廢棄的蔗渣，這就為發(fā)酵乙醇提供了價格低廉、來源廣泛的原料，同時解決了廢棄甘蔗渣污染環(huán)境的問題。

其二，受限于木質(zhì)素前處理技術的限制，自然條件下木質(zhì)素結構緊密很難被破壞使得酵母菌難以利用，導致現(xiàn)有的木質(zhì)纖維素制備乙醇工藝存在產(chǎn)量較低、成本較高等問題，還達不到大規(guī)模工業(yè)化運用的要求。本發(fā)明將酸處理與酶處理結合，綜合了兩種處理工藝的優(yōu)點，保證木質(zhì)纖維素高效降解、能耗低、毒副產(chǎn)物少、效率高、糖得率高，使得發(fā)酵乙醇理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量都得到大幅度提高，秀珍菇廢菌糠粗酶制劑中所含漆酶、木聚糖酶及纖維素酶對木質(zhì)纖維素的協(xié)同降解作用大大降低了纖維素制乙醇的生產(chǎn)成本，顯示了大規(guī)模工業(yè)化運用實現(xiàn)的可能性。

附圖說明

圖1 稀硫酸濃度對糖濃度的影響

圖2 酶濃度及酶解時間對木糖濃度的影響

圖3 酶濃度及酶解時間對葡萄糖濃度的影響

圖4水解液濃度對乙醇得率和糖耗量的影響

圖5 1.0%vol酵母發(fā)酵乙醇體系糖耗量圖

圖6 1.0%vol酵母發(fā)酵乙醇體系乙醇濃度變化圖。

具體實施方式

實施例1秀珍菇廢菌糠漆酶粗酶制劑及其制備

利用秀珍菇廢菌糠制備粗酶制劑，該粗酶制劑含有漆酶、木聚糖酶以及纖維素酶。其制備工藝為：

（1）將秀珍菇廢菌糠按以下條件浸提：取廢菌料，粉碎后，加水震蕩浸提，料水重量比為1:12，轉速為180 r/min，浸提溫度為25℃，浸提時間為20 min，然后離心，得粗酶液；

（2）噴霧干燥制粗酶制劑：噴霧干燥參數(shù)為風機設定26.0KW，通針設定5.0s/次，蠕動泵設定55.0mL/h，熱風流量3.5 m³/min，進風溫度105℃，進料速度23 mL/min。

對秀珍菇廢菌糠粗酶制劑的酶活進行測定，結果如表1。

表1 粗酶制劑酶活測定

實施例2 酸解糖化的優(yōu)化

利用稀硫酸對甘蔗渣進行酸解，其具體步驟為：

（1）利用超微粉碎機將甘蔗渣粉碎成毫米數(shù)量級大?。?/p>

（2）稱取上述甘蔗渣，按固液比1:5加入1.5%wt的稀硫酸，121℃高壓處理60 min后，置于室溫冷卻，測定其中的葡萄糖及木糖的濃度；其結果如圖1所示。

由圖1 可知稀硫酸可初步水解甘蔗渣，提高其中葡萄糖和木糖的含量；其中，當硫酸濃度為1.5%時，得到的葡萄糖及木糖的濃度最高。

實施例3 發(fā)酵時間及酶制劑濃度對糖耗量的影響

（1）甘蔗渣粉碎：利用超微粉碎機將甘蔗渣粉碎成毫米數(shù)量級大??；

（2）酸解：稱取上述甘蔗渣，按固液比1:5加入1.5%的稀硫酸121℃高壓處理60 min后，置于室溫冷卻，用氫氧化鈉將pH調(diào)至4.5，分離固液兩相；

（3）酶解：步驟（2）所得甘蔗渣水清洗后烘干，將烘干后甘蔗渣用pH4.5的醋酸鈉緩沖液懸浮；按固液比1:200加入不同酶活力的秀珍菇廢菌糠漆酶粗酶制劑，30℃、200 rpm振蕩反應24 h，每4 h取一次樣測葡萄糖、木糖濃度；其結果如圖2、3所示。

由圖2和圖3可知，酶解程度隨粗酶濃度提高而上升，在酶解反應進行20 h后基本酶解完成；其中，當漆酶濃度為0.5 U/mL酶解20 h后，蔗渣的酶解基本達到平衡。

實施例4 水解液濃度對糖耗量及乙醇得率的影響

（1）甘蔗渣粉碎：利用超微粉碎機將蔗渣粉碎成毫米數(shù)量級大?。?/p>

（2）酸解：稱取上述甘蔗渣，按固液比1:5加入1.5%wt的稀硫酸121℃高壓處理60 min后，置于室溫冷卻，用氫氧化鈉將pH調(diào)至4.5，分離固液兩相；

（3）酶解：步驟（2）所得甘蔗渣水清洗后烘干，將烘干后甘蔗渣用pH4.5的醋酸鈉緩沖液懸浮。按固液比1：200加入漆酶活力為0.5 U/mL的秀珍菇廢菌糠粗酶制劑，30℃水浴24 h，在搖瓶中200 rpm振蕩反應，每4 h取一次樣測葡萄糖、木糖濃度。

（4）發(fā)酵液配制：取酸解所得水解液5倍稀釋液，加入5%vol酶解所得甘蔗渣作為發(fā)酵液基質(zhì)，發(fā)酵液中還含有如下物質(zhì)： 2.0 g/L(NH₄)₂SO₄、4.0 g/LKH₂PO₄、1.0 g/L MgSO₄和0.2 g/L CaCl₂；121℃滅菌30 min作為發(fā)酵液使用。

（5）乙醇發(fā)酵：接入1.0%vol活化后的酵母菌發(fā)酵乙醇，發(fā)酵結束后測定葡萄糖、木糖及乙醇濃度，計算相應的糖消耗量及乙醇得率；其結果如圖4所示。

由圖4可知，水解液濃度為80%時，糖的轉化效率最大。

實施例5 優(yōu)化后的條件下發(fā)酵乙醇

（1）甘蔗渣粉碎：利用超微粉碎機將甘蔗渣粉碎成毫米數(shù)量級大??；

（2）酸解：稱取上述甘蔗渣，按固液比1:5加入1.5%wt的稀硫酸，121℃高壓處理60 min后，置于室溫冷卻，用氫氧化鈉將pH調(diào)至4.5，分離固液兩相；

（3）酶解：步驟（2）所得甘蔗渣水清洗后烘干，將烘干后甘蔗渣用pH4.5的醋酸鈉緩沖液懸??；按固液比1：200加漆酶活力為0.5 U/mL的秀珍菇廢菌糠粗酶制劑，進行酶解20 h；

（4）發(fā)酵液配制：取酸解所得水解液1.25倍稀釋液，加入5%vol酶解所得甘蔗渣作為發(fā)酵液基質(zhì)，發(fā)酵液中還含有如下物質(zhì)： 2.0 g/L(NH₄)₂SO₄、4.0 g/LKH₂PO₄、1.0 g/L MgSO₄和0.2 g/L CaCl₂；121℃滅菌30 min作為發(fā)酵液使用；

（5）乙醇發(fā)酵：接入1.0%vol活化后的酵母發(fā)酵乙醇，以未用酶制劑酶解的為對照，測定并計算得糖消耗量及乙醇濃度；其結果如圖5、6所示。

由圖6可知，水解液發(fā)酵乙醇產(chǎn)量最高，高達8 g/L，乙醇轉化率達到80.1%。使用酶處理后的樣品乙醇得率得到了提升，其中水解液乙醇濃度提高10%，甘蔗渣提高15%，混合發(fā)酵提高6%。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。