一種四乙酰乙二胺在提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率上的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種四乙酰乙二胺在提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率上的應(yīng)用，屬于生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)纖維素是地球上最豐富廉價(jià)的可再生資源，蘊(yùn)儲(chǔ)著巨大的生物質(zhì)能。主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)廢棄物，森林廢棄物和城市廢棄物。隨著化石燃料的枯竭和環(huán)境的日益惡化，將木質(zhì)纖維素糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖和木糖等，并進(jìn)一步用于生物基化學(xué)品如燃料乙醇等能源產(chǎn)物的生產(chǎn)，受到日益關(guān)注。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸桿資源相當(dāng)豐富，年產(chǎn)近8億噸，然而長(zhǎng)期以來(lái)，大部分秸桿被丟棄或焚燒，既浪費(fèi)了資源又污染了環(huán)境，秸桿資源的合理綜合利用對(duì)于保護(hù)環(huán)境、緩解能源危機(jī)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
[0003]利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)重要的生物基化學(xué)品如燃料乙醇等主要包括預(yù)處理、酶解轉(zhuǎn)化和發(fā)酵等步驟。其中預(yù)處理技術(shù)是木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟，通過(guò)破壞纖維素-木質(zhì)素-半纖維素之間的連接，降低纖維素的結(jié)晶度，去除木質(zhì)素，以使纖維素酶及半纖維素酶有效接觸纖維素和半纖維素，從而提高酶解效率。
[0004]但是酸法預(yù)處理木質(zhì)纖維素容易產(chǎn)生抑制微生物生長(zhǎng)的糠醛和羥甲基糠醛等物質(zhì)；汽爆法成本高，產(chǎn)物復(fù)雜，有焦油形成。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 102758028A(申請(qǐng)?zhí)?01110104494.4)公開(kāi)了一種預(yù)處理木質(zhì)纖維素原料，再轉(zhuǎn)化為還原糖的方法。它采用液固比5-50，將木質(zhì)纖維素在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0-5%氫氧化鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0-5%的雙氧水的混合溶液中處理1-10小時(shí)，處理后所得固體殘留物用水洗滌烘干。然后在酸解時(shí)間10-120min，酸解溫度30_150°C，硫酸質(zhì)量濃度0-10%，液固比5-50處理得固體殘留物，調(diào)節(jié)pH值至7，然后烘干。該處理工藝可使木質(zhì)素有效去除，而且半纖維素在稀酸條件下水解得五碳糖，經(jīng)進(jìn)一步反應(yīng)可得高附加值產(chǎn)品。
[0006]但上述方法用于木質(zhì)纖維素酶法水解的預(yù)處理過(guò)程中，酶解轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)要求。
[0007]雙氧水作為通常使用的脫色劑，除水外沒(méi)有其他副產(chǎn)物產(chǎn)生，但單純的雙氧水脫色效果并不理想，為了提高漂色效率，通過(guò)研究四乙酰乙二胺(TAED)作為助劑，能激活漂白劑(雙氧水)，在水解過(guò)程中能與雙氧水形成氫鍵，使過(guò)渡狀態(tài)穩(wěn)定，而且容易水解，不形成?；^(guò)氧化物，以提高雙氧水的漂白效果，但在現(xiàn)有技術(shù)中，四乙酰乙二胺(TAED)常作為漂白助劑使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種四乙酰乙二胺在提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率上的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]—種四乙酰乙二胺在提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率上的應(yīng)用，用于使過(guò)氧化氫完全反應(yīng)分解釋放出活性氧，提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率，包括步驟如下:
[0011]將四乙酰乙二胺、NaOH, H2O2與去離子水混合均勻，加入預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，得混合反應(yīng)液，然后于溫度28?35°C、轉(zhuǎn)速120?200rpm條件下，保溫反應(yīng)20?30小時(shí)，反應(yīng)后固液分離，固體用去離子水洗滌、干燥，得處理后的木質(zhì)纖維素；
[0012]所述混合反應(yīng)液中，四乙酰乙二胺的加入量為0.05?0.3g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，NaOH的加入量為0.1?0.5g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，H2O2的加入量為0.05?0.3g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，去離子水的加入量為40?60ml/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，四乙酰乙二胺的加入量為0.08?0.15g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，進(jìn)一步優(yōu)選的，四乙酰乙二胺的加入量為0.lg/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，NaOH的加入量為0.08?0.15g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，進(jìn)一步優(yōu)選的，NaOH的加入量為0.1?0.15g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，H2O2的加入量為0.09?0.15g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，進(jìn)一步優(yōu)選的，H2O2的加入量為0.lg/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，去離子水的加入量為50ml/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料為原料清除雜物，然后將木質(zhì)素纖維素經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過(guò)5_孔徑的篩子，得預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
[0018]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，木質(zhì)纖維素原料選自玉米秸桿、麥桿、棉桿、稻草、油菜桿、甜高粱莖桿、甘蔗渣、木肩、廢紙和/或柳枝稷。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，先將NaOH加入溶解量的去離子水中溶解后，再加入體系中。
[0020]一種利用上述處理后的木質(zhì)纖維素生產(chǎn)木糖和葡萄糖的方法，包括如下:
[0021]a、向上述制得的處理后的木質(zhì)纖維素中加入四環(huán)素、環(huán)己酰亞胺和檸檬酸緩沖液，四環(huán)素的添加量為使四環(huán)素終濃度達(dá)到35?45 μ g/mL，環(huán)己酰亞胺的添加量為使環(huán)己酰亞胺終濃度達(dá)到25?35 μ g/mL，檸檬酸緩沖液的的添加量為使檸檬酸緩沖液終濃度達(dá)到 40 ?60ul/mL ；
[0022]b、然后加入復(fù)合酶，酶蛋白總加量為40?60mg/g纖維素，在45?50°C條件下，攪拌反應(yīng)65?75小時(shí)，經(jīng)離心，取上清，制得木糖和葡萄糖溶液。
[0023]本發(fā)明優(yōu)選的，檸檬酸緩沖液的濃度為lmol/L，pH為4.8。
[0024]本發(fā)明優(yōu)選的，所述復(fù)合酶組分為β -葡萄糖苷酶和纖維素酶Accelerase 1000，β -葡萄糖苷酶與纖維素酶Accelerase 1000的蛋白質(zhì)比為1:4。
[0025]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟b中攪拌速度為100?200rpm，離心為在4°C、12000rpm的條件下離心15min。
[0026]本發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的處理方法，四乙酰乙二胺(TAED)與過(guò)氧化氫共同作用可大大提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率，過(guò)氧化氫在堿性條件下會(huì)分解為過(guò)氧化氫陰離子，TAED能和過(guò)氧化氫陰離子發(fā)生親核取代反應(yīng)生成過(guò)氧乙酸陰離子和二乙酰乙二胺(DAED)，而過(guò)氧乙酸能更有效地作用于木質(zhì)素，在酶解過(guò)程中，由于木質(zhì)素的存在使木質(zhì)纖維素的酶水解效率降低。本發(fā)明TAED的加入，能使H2O2得到活化，釋放出活性氧會(huì)將木質(zhì)素氧化并從纖維素中析出，去除木質(zhì)素對(duì)其后酶解的阻礙作用，有效提高了葡萄糖的轉(zhuǎn)化率。四乙酰乙二胺(TAED)的添加量是本領(lǐng)域的技術(shù)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)摸索得到的，四乙酰乙二胺(TAED)的添加量過(guò)小對(duì)轉(zhuǎn)化率的提高起不到作用，四乙酰乙二胺(TAED)的添加量過(guò)大會(huì)起到木質(zhì)纖維素水解作用，最終促使轉(zhuǎn)化率提高。
[0027]本發(fā)明的有益效果如下:
[0028]經(jīng)過(guò)本發(fā)明的處理方法，四乙酰乙二胺與過(guò)氧化氫共同作用可大大提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率，四乙酰乙二胺使過(guò)氧化氫完全反應(yīng)分解釋放出活性氧，提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率，促使纖維素的糖轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提高，該預(yù)處理過(guò)程簡(jiǎn)單易行，不產(chǎn)生難處理的廢水。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1、實(shí)施例1處理方法與對(duì)比例I不加入四乙酰乙二胺的處理方法對(duì)處理后的木質(zhì)素含量的影響柱狀圖，NaOH的加入量為0.lg/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料；
[0030]圖2、實(shí)施例2處理方法與對(duì)比例2不加入四乙酰乙二胺的處理方法對(duì)處理后的木質(zhì)素含量的影響柱狀圖，NaOH的加入量為0.15g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料；
[0031]圖3、實(shí)施例1處理方法與對(duì)比例I不加入四乙酰乙二胺的處理方法對(duì)葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化率影響的柱狀圖，NaOH的加入量為0.lg/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料；
[0032]圖4、實(shí)施例2處理方法與對(duì)比例2不加入四乙酰乙二胺的處理方法對(duì)葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化率影響的柱狀圖，NaOH的加入量為0.15g/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。
[0034]實(shí)施例中，β -葡萄糖苷酶和纖維素酶Accelerase 1000購(gòu)自諾維信公司；
[0035]四乙酰乙二胺，市購(gòu)產(chǎn)品，市場(chǎng)購(gòu)得。
[0036]實(shí)施例1
[0037]—種四乙酰乙二胺在提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率上的應(yīng)用，用于使過(guò)氧化氫完全反應(yīng)分解釋放出活性氧，提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率，具體應(yīng)用步驟如下:
[0038](I)清除玉米秸桿中的雜物，然后將木質(zhì)素纖維素經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過(guò)5_孔徑的篩子篩分，得預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料；
[0039](2)四乙酰乙二胺、NaOH、H2O2與去離子水混合均勻，加入預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，得混合反應(yīng)液，混合反應(yīng)液于溫度28°C、轉(zhuǎn)速150rpm條件下，保溫反