[发明专利]一种多酶协同提高玉米秸秆酶解产糖量的方法

说明书

技术领域

本发明属生物质能、生物燃料领域，具体涉及一种大麦制麦酶系与纤维素酶协同作用提高玉米秸秆酶解产糖量的方法。

背景技术

玉米秸秆是价廉易得、来源丰富的可再生资源和能源，经水解转化为还原糖，这些糖类物质是生产生物燃料的重要原料。生物燃料可部分替代石油，这不仅有利于环境保护和资源再利用，而且可减少温室气体的排放和缓解化石能源的危机。纤维素酶转化玉米秸秆生产生物燃料的关键是如何提高玉米秸秆酶解产糖量。纤维素酶系的效力是影响玉米秸秆酶解产糖量的关键之一。

玉米秸秆具有复杂的生物化学结构。玉米秸秆主要由植物细胞壁组成，细胞壁基本组成是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素被木质素层层包裹。纤维素是一种由吡喃型葡萄糖单体以糖苷键连接的直链多糖；半纤维素主要是由木糖以及少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成；而木质素是以苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子芳香族化合物。因此，为提高纤维素酶解产糖量就需要多种酶的协同作用，以发挥酶系的最大效力，获得高的酶解产糖量。

目前大多数的研究主要集中在自然界中存在的微生物分泌物中寻找与纤维素酶系有协同作用的酶组分，以补充纤维素酶系。本发明从大麦种子发芽的过程中提取麦芽酶，以增加与纤维素酶系的协同作用。

未发芽的大麦，仅含有少量的酶，而且多数是以非活性的酶原形式存在。发芽过程中，酶被激活，同时形成大量的新酶类。麦芽中存在的酶种类很多，主要有淀粉酶、蛋白酶、半纤维素酶、磷酸酯酶和氧化还原酶。大麦为酶的产生、形成和作用提供内在的物质基础，而制麦工艺则为之提供外在的控制条件，并且制约着酶的变化。通过控制制麦工艺，可以获取有利于玉米秸秆酶解的复合酶系，与纤维素酶协同作用以提高酶解产糖量。

发明内容

本发明旨在利用大麦发芽过程中产生的天然酶系与纤维素酶协同作用提高玉米秸秆的酶解产糖量。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：以高温热水预处理后玉米秸秆不溶性固体为底物，加入一定量纤维素酶和从大麦种子发芽中提取的麦芽酶，补加一定量HAC-NaAC缓冲液，置于一定温度下进行酶解。同时，取一定量麦芽酶和纤维素酶分别与高温热水预处理后的玉米秸秆混合。结果表明，同时加入麦芽酶和纤维素酶的酶解产糖量高于麦芽酶和纤维素酶分别作用时产糖量的总和。以下对本发明的操作步骤做以详细说明：

一种多酶协同提高玉米秸秆酶解产糖量的方法，其操作步骤包括：

①纤维素酶液的制备：

用pH4.8的HAC-NaAC缓冲液稀释纤维素酶，配制纤维素酶液；

②麦芽酶液的制备：

取大麦种子，采用浸四断八工艺浸麦，然后干燥、粉碎，按照每10g粉碎好的种子加100mL的10倍稀释的pH4.8HAC-NaAC缓冲液的比例混合；于40℃水浴、搅拌1h；再4000r/min离心15min，取上清液备用；

其中，所述的浸四断八工艺是指，湿浸4h，干浸8h，浸麦度达到45％；总浸种子时间为48h，发芽时间为120h；培养温度为16℃；

由于玉米秸秆的复杂的生物化学结构，为了有效的水解纤维素就需要复杂的酶组分。两种或两种以上酶组分共同作用时，催化效率远比一种酶单独作用时大得多，这就是酶的协同作用。影响玉米秸秆生物转化成本高的主要原因是纤维素酶制剂的用量很高。为了显著降低纤维素酶用量，必须充分发挥酶系的效力。

因大麦种子在发芽过程中，所产酶系组成是为了满足麦芽破坏硬质的麦壳，以便于从里面长出。在这个过程中所产生的酶系是一种天然酶系，组分及含量都应是能产生最佳的酶解效果的。这比人工从微生物分泌物中提取的酶系按照一定比例添加到纤维素酶中所构成的酶系更为合理，发挥效力应更大。同时，麦芽发芽过程具有可控的及耗能低的特点。

③玉米秸秆的处理：

玉米秸秆粉碎至40-60目；再按固液比1g∶20ml，向玉米秸秆中加入蒸馏水，混合均匀后，于190℃保温20min；过滤得到不溶性固体，蒸馏水洗到中性后，密封备用；

④酶解实验：

按下述比例称取酶解反应物并进行酶解反应：称取1g步骤③制备的玉米秸秆粉作为反应底物，加入5mL步骤②制备的麦芽酶液，再按酶用量为4～24IU/g_底物的比例加入步骤①制备的纤维素酶液，混合均匀后，用pH4.8的HAC-NaAC缓冲液补充至总体积50mL；于50℃恒温水浴中振荡酶解1～72h。