[发明专利]米曲霉发酵液、该发酵液降解稻草粉制备的糖液及制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种米曲霉发酵液，所述米曲霉发酵液含有木质素过氧化物酶酶活性100‑1000U/L和外切纤维素酶酶活性100‑300U/L；米曲霉发酵液是以稻草粉为原料，米曲霉为菌株，依次经试管扩大培养、液体摇瓶培养、种子罐种子培养和液体发酵培养工艺制得的；并且还提供了利用稻草粉为主要原料，通过米曲霉发酵液，添加过氧化氢溶液降解稻草粉制备糖液的工艺技术；采用此工艺具有生产周期短、占用场地小、生产成本低、糖得率高的优点；并且制备的糖液可以用作发酵沼气的原料。

技术领域

本发明属于发酵工程和酶工程领域，特别涉及一种米曲霉发酵液、该发酵液降解稻草粉制备的糖液及制备方法和用途。

背景技术

我国是农业大国，每年农作物秸秆年产量逾6亿吨，除少量被用作纺织、造纸行业外，大部分以堆积、焚烧的形式倾入环境，既浪费了资源也给环境造成了极大地危害。而秸秆纤维素是可再生能源的一个重要来源，可开发利用秸秆来解决农村用能问题；其中，将秸秆用于沼气发酵是人类合理利用生物质能的最有效的手段。秸秆生物质应用在沼气池中可以提供大量的碳源，产生的沼气可供炊事照明，残渣还是良好的有机肥，是可再生能源的新途径。然而秸秆作为生物质能发酵沼气，如果不预处理，其发酵周期长、产气率不高。

植物的秸秆含有30％左右的纤维素、25％左右的半纤维素、15％左右的木质素，是天然的碳水化合物的来源。尤其纤维素和半纤维素，主要成分是碳水化合物，是微生物发酵工业最天然的来源。但是由于秸秆中存在木质素等不易降解的化合物，木质素与半纤维素以共价键形式结合，将纤维素分子包埋在中间，使降解木质素的酶不易与纤维素分子接触；此外，由于木质素的水不溶性、复杂的化学结构，也给降解带来极大的困难。上述种种原因导致秸秆作为农业废弃物，或者被燃烧或者直接弃之，既污染了环境，又浪费了资源。因此，如何降解秸秆中的木质素是开发利用秸秆资源成为农业可持续发展的首要问题，也是决定发酵产沼气的产气速率和产气量的主要因素。

目前降解秸秆的方法主要有物理处理、化学处理和生物处理。

物理处理主要有高压蒸汽爆破、挤压膨化和微波热解：高压蒸汽爆破和挤压膨化是通过压力的突然改变对物料进行爆破或膨化，破坏半纤维素和木质素连接层，使纤维素露出更多的活性基团，能够与纤维素酶分子充分接触而降解；这两种方法成分较高，需要大型的设备，而且木质素还需要额外处理。微波热解是以非热的形式引起热效应，加速离子与其他分子的碰撞，快速地旋转偶极子；但这种方法目前也只是限于在试验室中，很难形成大规模的优势产业。

化学处理法主要有稀酸处理、碱处理和氨水处理。稀酸处理是利用硫酸水解糖苷键、酯键等，使稻草粉纤维的网状结构疏松；碱处理和氨水处理是利用木质素溶于碱性溶液，其与稀酸处理同样存在环境污染问题。化学处理方法普遍都存在反应条件较难掌握、反应温度高、处理时间长、占用空间大、处理效果不理想，不能去除木质纤维素等问题。

近年来生物处理秸秆越来越受到人们的重视，生物处理方法主要包括青贮、微贮和酶解。青贮和微贮利用自身的有益菌或微生物添加剂对秸秆进行分解利用，使秸秆软化，将其中的纤维素、半纤维素及木质素等有机碳水化合物转化为糖类，最后发酵成为乳酸和其他一些挥发性脂肪酸，从而提高瘤胃微生物对秸秆的利用率。但是生物处理方法周期太长，占用产地较大，特别是好氧降解更是如此。酶解法则是选择能够水解纤维素、半纤维素和木质素的单一或复合酶类，在满足酶作用条件下对秸秆进行处理，从而降低纤维性物质比例，提高可溶性糖含量的方法。利用微生物降解木质素的关键是微生物能够分泌降解秸秆的酶：木质素过氧化物酶、纤维素酶。

现对于生物法生产降解秸秆的酶制剂的研究较少，一般地生物法所用的菌种是黄孢原毛平革菌、虫拟蜡菌以及一些食用菌菌种、细菌和放线菌，除食用菌之外其安全性都未经过论证；生物降解主要采用固态发酵技术，边发酵产酶，边降解木质素，但是在发酵过程中不可避免的伴随着纤维素降解，使得最终产品糖得率低；此外，大规模的固态发酵都是敞开式的发酵方式，而且发酵周期有很长，因此在发酵过程中不可避免的杂菌污染，特别是有毒有害箘的污染难以控制，并且发酵周期太长，占用场地较大。