[发明专利]利用超声波技术辅助生物酶提高竹粉酶解效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物酶对竹粉的水解，具体是利用超声波技术辅助生 物酶提高竹粉酶解效率的方法；属于生物酶酶解木质纤维素领域。

背景技术

近些年来，竹类资源因生长速度快，成材周期短，易于种植，再 生能力强，健康环保等众多优良特性，逐渐成为新型天然纤维开发和 利用的主要资源。竹纤维本身具有天然抗菌、防紫外等功能，颇受人 们青睐。目前竹纤维的制备方法主要可分为物理法、化学法和生物法。 物理法工艺简单、操作便捷，但制取的纤维胶质(非纤维素部分)含量 高，纤维粗硬，且线密度离散性大；化学法能够制取线密度相对较小 的竹原纤维，但成本较高，且对环境污染严重；生物法对环境污染小， 且具有专一性强、催化效率高和反应条件温和等显著特点，是竹纤维 制备的新方向。

与此同时生物酶法处理竹材同样也面临一些问题。其一是竹材内 部的结晶结构阻碍了酶分子对竹材的可及度，可及度决定酶解效率； 其二是生物酶成本高，效率低。由于以上两点，单独使用生物酶处理 竹材的方式很难实现工业化。因此，在生物酶酶解竹材之前可利用超 声波技术作为预处理方式处理竹材，以改变竹材的表面形态和内部结 构，提高竹粉对酶液的吸附性能，增加酶解效率，降低成本，使生物 酶水解竹材实现工业化生产。

超声波作为一种清洁、高效的新型能量形式，目前的应用领域涉 及工业、化工、医学、石油等众多方面。随着超声波技术的日益发展 与成熟，在新材料合成、化学反应、传递过程的强化以及废水处理等 领域也得到了广泛的应用。超声波在液体介质中传播时会产生机械效 应、热效应和空化效应。超声波作用木质纤维素物质时主要应用的是 超声波的空化效应：超声波在液体介质中传播时，组织间的微气泡在 超声波的正、负压相内经历急剧压缩和迅速增大的过程，在这压缩与 增大的过程中气泡就会崩溃，产生瞬间高温、高压并发出强大的冲击 波通过物理作用破坏细胞和组织结构。

目前国内外研究者对超声波辅助生物酶水解技术用于麻类纤维、 玉米秸秆、木浆、甘蔗渣等木质纤维素物质的水解已有初步探索，也 有研究者使用多种生物酶共同水解木质纤维素生物质，并在制备生态 乙醇和促进水解方面取得了一定的成果。本发明中将超声波技术作为 预处理方式与纤维素酶和木聚糖酶联合使用，以获得更优的生物酶水 解效率。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种利用超声波技术辅助生物酶提高 竹粉酶解效率的方法。以提高生物酶水解竹粉效率，降低生产成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

利用超声波技术辅助生物酶提高竹粉酶解效率的方法，其步骤 为：

(1)一年生毛竹研磨成粉烘干，100目过筛；甲苯和乙醇以体 积比为1:2混合对竹粉进行有机抽提，抽提后的竹粉经去离子水清 洗、自然风干后定为原竹粉，作为对照样；

(2)称取0.5g原竹粉，按一定的固液比加入相应的去离子水， 放入超声波微波联合萃取仪(南京先欧仪器制造有限公司)中进行超 声波处理。超声波处理过程中使用恒温水浴槽5℃；将处理后的竹粉 用去离子水清洗、自然风干；

(3)分别称取0.05g原竹粉、超声波处理竹粉，置于容器中， 加入15U纤维素酶和120U木聚糖酶，用pH为7.0的磷酸盐缓冲液定 容至15mL，放入50℃的恒温震荡水浴锅中反应，每个试验样需做三 组平行试验；

(4)分别于0h，2h，4h，6h，8h，10h，12h，24h取0.3mL反 应液于离心管中，并经10000r/min的离心机离心5min，置于-4℃冰 箱中备用；

(5)用移液器取0.2mL离心后的上清液于试管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min，加入2.15mL去离子水，用紫外分光光度计 测520nm波长下的吸光度值，根据葡萄糖标准曲线换算为葡萄糖量；

(6)对比原竹粉及超声波处理竹粉经纤维素酶与木聚糖酶共同 水解后生成的还原糖量，并计算酶解效率提高率。

步骤(2)所述的超声波处理功率为1～999W，频率为25KHz，时 间为1～50min。

步骤(3)中所述的固液比为1:10～1:50(g/mL)。