[发明专利]一种能提高玉米纤维糖转化率制备糖化液的纤维素酶系及其应用

说明书

本发明公开了一种能提高玉米纤维糖转化率制备糖化液的纤维素酶系，是以草酸青霉酶系为主酶系，添加木聚糖酶和阿拉伯呋喃糖苷酶制得的复合纤维素酶系；或者是在上述基础上进一步添加α‑半乳糖苷酶、阿魏酸酯酶中的一种或两种制得的复合纤维素酶系；其中，所述复合纤维素酶系由滤纸酶活力不低于5FPU/mL的草酸青霉酶系、酶活力不低于500U/mL的木聚糖酶、酶活力不低于50U/mL的阿拉伯呋喃糖苷酶、酶活力不低于100U/mL的α‑半乳糖苷酶、酶活力不低于5U/mL的阿魏酸酯酶按照体积比1000:100‑200:10‑20:0‑20:0‑20配制。与出发酶系相比，本发明产品提高了单位玉米的乙醇得率，实现了由玉米到燃料乙醇的高效转化，同时乙醇蒸馏后得到的酒糟蛋白质大大提高，利于加工成高品质饲料。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种能提高玉米纤维糖转化率制备糖化液的纤维素酶系及其应用。

背景技术

燃料乙醇指以生物质为原料通过生物发酵等途径获得的可作为燃料用的乙醇。第一代燃料乙醇以糖质和淀粉质作物为原料进行生产，存在“与人争粮”的弊端，生产规模和发展受到限制。第二代燃料乙醇则是以可再生的木质纤维素生物质为原料，符合可持续发展的理念，是发展的趋势。木质纤维素生产燃料乙醇一般包括原料预处理、酶解糖化、乙醇发酵三个步骤。然而目前以农业废弃物如秸秆等为原料生产燃料乙醇，由于预处理和酶解糖化用酶的成本高，影响了规模化生产。基于此开发新的纤维原料来源，对促进燃料乙醇的发展有重要意义。

目前，我国燃料乙醇的生产中，玉米原料的占比较高，据统计，玉米淀粉乙醇约占我国总燃料乙醇产量的50％。但现有以玉米为原料生产乙醇的工艺中，主要是利用玉米中的淀粉，而玉米纤维未被有效利用，一般其作为副产物被加工成DDGS，作为饲料进行出售，造成了原料的浪费，也降低了单位玉米的乙醇产率。另一方面，在淀粉加工、柠檬酸生产等以玉米为原料的加工生产行业，每年也产生大量的玉米纤维，这部分玉米纤维目前也未获得有效利用，一般也是作为饲料出售。

玉米纤维丰富的来源使它成为一种很有前途的生物质原料。由于玉米纤维中残留淀粉、纤维素和半纤维素的含量约占总干重的70％，如能有效利用玉米纤维中的纤维素、半纤维素和淀粉，将其转化成乙醇、柠檬酸等化学品，则不仅可以实现资源的有效利用，还可以增加单位原料的终产品产量，具有重要意义。据预估，在传统玉米淀粉乙醇生产中，如果将玉米纤维酶解糖化发酵转化成乙醇，可以提高玉米乙醇总产量的10％以上。

利用玉米纤维生产乙醇、柠檬酸等燃料和化学品，关键步骤是利用酶将玉米纤维中的纤维素和半纤维素水解生成可发酵糖。由于玉米纤维中除纤维素组分以外，还富含半纤维素且半纤维素糖的组成和结构较为复杂，包含阿拉伯糖、半乳糖、阿魏酸、葡萄糖醛酸等取代基，因此，若要将其彻底水解，需要一个由纤维素酶和半纤维素酶组成的复合酶系，依靠多种酶类的共同作用才能实现，且相对而言，对酶系中半纤维素酶组分的要求更高。如美国ICM公司，采用纤维分离技术，将分离的玉米纤维经过稀酸处理，再经过商品酶水解和酵母发酵转化成乙醇，使得乙醇总产量提高了5％左右；如Syngenta公司则是将α-淀粉酶、葡萄糖糖化酶、木聚糖酶和植酸酶等酶基因直接表达在玉米胚乳中，减少了商品酶制剂用量；如Edeniq公司主要采用胶体磨技术将玉米纤维打碎，再添加淀粉酶和纤维素酶进行同步糖化发酵，DDGS蛋白质含量明显提高；但这些公司都没有研发出一种专门用于玉米纤维水解的酶制剂，而是采用了普通的商品酶制剂，专一性不强，水解效率不高。如专利CN201811277689.7将含有阿魏酸酯酶的黑曲霉发酵液与里氏木霉发酵液按照一定体积比复配获得复合纤维素酶系，在同步糖化发酵中添加这种酶系可将玉米纤维中残余的纤维素和淀粉进一步水解，但其半纤维素酶种类匮乏，对于玉米纤维中半纤维素的利用率很低。如专利201911209469.5利用超声辅助盐酸水解玉米纤维，经微生物水解后通过浓缩和蒸汽处理得到玉米纤维水解液，与未预处理的玉米纤维相比水解液中总糖浓度有一定提升，但在此过程中耗能较高，同时会产生抑制物影响后续反应。