[发明专利]新鲜秸秆壁蛋白促进秸秆纤维素酶解、发酵的方法

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维素的酶解、发酵技术领域，特别涉及利用新鲜玉米秸秆中的细胞壁蛋白对秸秆酶解、发酵的促进作用，构件的新型秸秆酶解、发酵的新工艺。新鲜秸秆不仅作为酶解、发酵的底物，还作为纤维素酶及其协同蛋白的来源，促进纤维素的转化。 

背景技术

秸秆类木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，有效利用秸秆也是缓解人类所面临的粮食短缺、能源危机和环境污染等问题的有效方法之一。木质纤维素原料转化燃料乙醇是发展可再生能源的重要途径之一，在世界范围内日益得到重视。秸秆酶解成可发酵糖是转化的中心环节，但目前的酶解工艺仍然存在酶解效率低、可发酵糖浓度低、纤维素酶成本高等问题。目前国内外在纤维素乙醇方面也进行了深入的研究，并取得了阶段性的进展，但迄今仍然难以实现大规模、经济、清洁的工业化生产。同步糖化发酵乙醇具有设备简单、节约时间、提高效率、减少杂菌污染等优点，因此是目前纤维素转化乙醇最有效的途径之一。然而在酶解、发酵温度不一致，酶成本等方面仍然存在很多问题。 

木质纤维素具有极其复杂的结构，天然纤维素聚集态结构复杂且结晶度高，分子内和分子间存在氢键；纤维素同时与半纤维素、木质素等大分子物质相互缠绕，形成致密的三维结构。这种复杂的结构降低了纤维素的可及性和反应活性，增加了水解的难度。 

除了纤维素以外，植物细胞壁中存在比较丰富的内源性的纤维素酶及其增效因子，在植物生长的各个阶段，酶蛋白参与了细胞壁的松弛、合成、分解等过程。与其它来源的纤维素酶相比，植物内源性细胞壁酶蛋白对细胞壁的作用具有高 效、基因调控复杂等特点。在玉米秸秆尤其在新鲜秸秆中也存在比较丰富的细胞壁蛋白，其中包括内源性纤维素酶及其增效因子。 

植物内源性的纤维素酶及其增效因子具有来源丰富、高效等优点，将其作为纤维素降解的添加剂应用于秸秆的转化，也为幅度降低纤维素酶的成本、提高酶解效率提供了契机。本发明从对纤维素降解具有促进作用的秸秆细胞壁蛋白入手，从经济、高效利用植物内源性纤维素酶及其增效因子的角度出发，探索秸秆的酶解和发酵新工艺。在工艺路线中，新鲜玉米秸秆不仅作用酶解的底物，还作为酶源促进纤维素的转化。植物秸秆资源丰富，将秸秆细胞壁蛋白应用于木质纤维素的降解，不仅提高了纤维素的酶解效率，也为降低纤维素酶的成本开辟了崭新的方向，而且实现了资源的高值化利用，达到了利用植物自身资源高效降解的目的。 

发明内容

本发明涉及新鲜秸秆壁蛋白促进秸秆纤维素酶解、发酵的方法，将新鲜秸秆中丰富的细胞壁蛋白其作为纤维素酶添加剂应用于秸秆酶解、发酵，从而降低纤维素酶的成本、提高酶解效率，达到利用秸秆自身资源促进纤维素降解的目的。 

本发明的构思如下：在新鲜玉米秸秆(FCS)中，仍然有丰富的细胞壁蛋白，它们参与了细胞壁结构变化的调节，在纤维素酶解中能够促进纤维素的转化。将新鲜玉米秸秆中的细胞壁蛋白通过简单方法进行提取，然后将混合物与汽爆玉米秸秆(SECS)混合，调节底物浓度和pH，然后分别进行酶解和发酵。新鲜玉米秸秆不仅作为酶解的底物，内源性的细胞壁蛋白还能够促进纤维素的酶解。将新鲜秸秆和汽爆秸秆进行混合发酵，不仅提高了酶解效率，降低了纤维素酶的成本，还省去了底物的预处理过程，减少了酶解、发酵的步骤。 

新鲜秸秆壁蛋白促进秸秆纤维素酶解、发酵的方法，其特征在于包括以下步骤： 

1.玉米秸秆细胞壁蛋白的提取：将粉碎至40-100目的新鲜玉米秸秆置于细胞壁蛋白提取液中，按照固液比1/4-1/10加入蛋白提取液，4℃静置12-24h进行细胞壁蛋白的提取。 

2.新鲜秸秆和汽爆秸秆的混合：利用醋酸调节pH至5.0，按照新鲜和蒸汽爆破玉米秸秆按照干重比1/3-3/1混合，加入醋酸缓冲液(50mM，pH5.0)调整底物浓度至20-100mg/ml。 

3.酶解：在调整新鲜和汽爆玉米秸秆比例、底物浓度和pH的基础上，按照10-30FPU/(g底物)加入纤维素酶进行酶解，温度45-50℃，时间48-72h。 

4.同步糖化发酵乙醇：在调整新鲜和汽爆玉米秸秆比例、底物浓度和pH的基础上，按照10-40FPU/(g底物)加入纤维素酶，加入活化酵母，温度30-37℃，时间72-96h。