竹质纤维素的酶解糖化条件研究.pdf

研究报告 中国酿造 2 0 1 1 年第6 期 总第2 3 1 期 5 1 竹质纤维素的酶解糖化条件研究 李文华，温忠文，涂国全牛 ( 江西农业大学生物科学与工程学院，江西南昌3 3 0 0 4 5 ) 摘要：为探明竹质纤维素的酶解糖化较优工艺条件。先将竹粉与2 O 稀硫酸比例1 ：1 5 ，8 0 水浴2 0 h 成竹粉稀酸水解液，再用烧碱 分别调节不同起始p H 值，进行不同酶解温度、纤维素酶与木聚糖酶配比、摇床转速和酶解时间的单因素酶解糖化试验，测定并计算 过滤清液中还原糖和总糖含量与得率。结果表明：竹粉酸解液中溶出还原糖和总糖得率比室温时分别提高5 2 0 倍和6 4 3 倍。初步探明 竹粉酸解液的酶解条件：竹粉酸解液起始p H 值5 5 ，纤维素酶与木聚糖酶配比为l ：l ，摇床转速1 0 0 r m i n ，温度5 0 ，时间2 4 h ，酶解后还 原糖和总糖得率分别提高4 4 倍和3 0 倍，均超过5 0 8 8 。 关键词：竹质纤维素：预处理：纤维素酶：木聚糖酶：酶解糖化 中图分类号：Q 5 5 6文献标识码：A文章编号：0 2 5 4 5 0 7 1 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 5 1 0 3 E n z y m a t i cs a e c h a r i f i c a t i o nc o n d i t i o n so f b a m b o oc e l l u l o s e L IW e n h u a ，W E NZ h o n g w e n ，T UG u o q u a n ( C o l l e g eo f B i o s c i e n c ea n d E n g i n e e r i n g , J i a n g x i A g n c u l t u r MU n i v e r s i O , , N a n c h a n 9 3 3 0 0 4 5 , C h i n a ) A b s t r a c t ：T h eo p t i m a lc o n d i t i o n sf o re n z y m a t i cs a c c h a r i f i c a t i o no f b a m b o oc e l l u l o s ew e r es t u d i e d P r i o rt oe n z y m a t i ch y d r o l y s i s t h ea c i dh y d r o l y s a t e o f b a m b o op o w d e rW a Sp r e p a r e db ya d d i n gb a m b o op o w d e ri n2 0 H 2 S 0 4a tt h er a t i oo fl ：1 5f o raw a t e rb a t ha t8 0 f o r2 0h T h e n t h ei n i t i a lp H o f t h ea c i dh y d r o l y s a t ef o re n z y m a t i cs a c c h a r i f i c a t i o nw a sr e g u l a t e db y N a O H S i n g l ef a c t o rt e s t sf o rt h eo p t i m i z a t i o no f e n z y m a t i cs a c c h a r i f i c a t i o no f b a m b o oc e l l u l o s ew e r ep e r f o r m e do nd i f f e r e n tt r e a t i n gc o n d i t i o n ss u c h 鹬i n i t i a lp H ，e n z y m a t i ch y d r o l y s i st e m p e r a t u r e ，c e l l u l a s e x y l a n a s er a t i o ，r o t a - t i o n a ls p e e da n dh y d r o l y s i st i m e T h er e d u c i n gs u g a ra n dt o t a ls u g a rc o n t e n t sa n dy i e l d si nf i l t r a t ew e r ed e t e c t e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ey i e l d so f r e d u c i n gs u g a ra n dt o t a ls u g a ri nt h ea c i dh y d r o l y s a t et r e a t e da t8 0 w e r e5 2 0t i m e sa n d6 4 3t i m e sh i g h e rt h a nt h o s eo ft h eh y d r o l y s a t e dp r e p a r e d u n d e rr o o mt e m p e r a t u r e r e s p e c t i v e l y T h ee n z y m a t i cs a c c h a r i f i c a t i o nc o n d i t i o n so ft h ea c i dh y d r o l y s a t eo fb a m b o op o w d e rw e r ea sf o l l o w s ：i n i t i a l p H5 5 ，c e l l u l a s e - x y l a n a s er a t i o1 ：l ，r o t a t i o n a ls p e e d1 0 0r r a i n ，e n z y m a t i ch y d r o l y s i st e m p e r a t u r e5 0 。Ca n de n z y n m f i ch y d r o l y s i st i m e2 4 h T h ey i e l d s o f r e d u c i n gs u g a ra n dt o t a ls u g a ru n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n sw e r ei m p r o v e db y4 4t i m e sa n d3 0t i m e sa f t e re n z y m a t i ch y d r o l y s i sr e s p e c t i v e l y , a n d b o t I lw e r eh i g h e rt h a n5 0 8 8 K e yw o r d s ：b a m b o oc e l l u l o s e ；p r e t r e a t m e n t ；c e l l u l a s e ：x y l a n a s e ：e n z y m a t i cs a c c h a r i f i c a t i o n 纤维素类原料来源广泛，成本低廉，其储量占地球上 总生物量的4 5 以上。利用纤维素类原料发酵生产乙醇等 新型燃料的工艺中的关键因素之一，是植物纤维素转化 为可发酵性糖转化率的高低【1 】。影响糖化效果( 糖化效率、 糖化速度、水解糖成分) 的主要因素除了原材料本身的物 化性质( 材料的颗粒度、纤维素半纤维素组分的聚合度结 晶度、所含木质素的类型和含量等) 外，主要还包括所采用 的顸处理方法的差异等。其中，物理法( 机械粉碎、高温分 解) 、物理化学法( 蒸汽爆破法、氨法纤维爆破、C O ：爆破 法) 、化学法( 臭氧分解、酸水解、碱水解、氧化脱木素、有机 溶剂) 和生物预处理法等工艺都是现今对木质纤维素类 材料料进行预处理【z 】较为流行的方法。预处理的主要目 的在于在尽量减小能耗和保护环境的前提下降低原材料 聚合度和结晶度并提高原料与发酵微生物的可及性和糖 化效率f 3 。 本试验采用酶解糖化法对竹粉中的竹质纤维素进行 糖化处理，对酶解糖化条件中的纤维素酶与木聚糖酶配 比、酶解p H 值、酶解温度、酶解时间等因素进行了研究M 。 1 材料与方法 1 1 原料 竹粉：取烘干竹片( 1 c m x l o c m ) 粉碎，1 0 0 目过筛。 1 2 菌种 ( 1 ) 木霉5 5 4 6 ( 纤维素酶产生菌株) ，本项目自行分离 筛选到的菌株。 ( 2 ) 黑曲霉X 1 ( 木聚糖酶产生菌株) ，江西农业大学 生物科学与工程学院应用微生物研究室自行分离保存。 1 3 培养基 产纤维素酶液体摇瓶培养基：竹粉( 1 0 0 目) 5 、C M C N a 0 5 、葡萄糖0 5 、( N H 4 ) 2 S 0 41 、酵母膏0 1 、K H 2 P O 。 0 5 、M gS 0 4 7 H 2 00 0 4 、C a C l 20 0 1 、T w e e n 一8 00 0 2 、 p H 5 5 。 产木聚糖酶液体摇瓶培养基阎：玉米芯粉3 、木聚糖 l 、葡萄糖0 5 、( N I L ) 2 S 0 4O 2 、蛋白胨1 、K H 2 P 0 4 O 5 、M gS 0 4 。7 H 2 00 1 、T w e e n - 8 00 0 2 、p H6 5 。 收稿日期：2 0 1 1 - 0 2 2 2 基金项目：江西省科技支撑计划项目( 0 9 0 5 1 9 2 3 7 8 ) 作者简介：李文华( 1 9 8 2 ) 。男，湖北孝感人，硕士研究生，主要从事工业微生物菌种分离和应用研究工作；涂国全，教授，通讯作者。 万方数据 2 0 1 1N O6 5 2 S e d a lN o2 3 1 C h i n aB r e w i n g R e s e a r c hR e p o r t I4 试验万法 I4 I 稀酸对竹粉的预处理 将竹粉与2 稀硫酸周液比1 1 5 混合成总浊液分别 置于8 0 水浴和窀温条件卜进 y 2 0 h 预处理，获得竹粉酸 预处理液，分别检测竹粉酸预处理前后混浊液呻I 还原糖 和总糖台量并汁算得率。 14 2 竹粉纤维素的阵解塘化条件的研究 将竹粉稀酸水解液用烧碱分别调至所需口H 值，分别 采用不同起始口H 值、小同酶解温度、不同纤维豢酶与术聚 糖酶配比、币蚓摇床转速和小同酶解时间进行币因素处 理的酶解糖化试验，处理完成后冷却中和，取过滤清液分 别测定其还原糖和总糖含帚并训算符率。 I5 检测项目与方法 还原精( R s ) 含量测定：3 ，5 - i 硝摹水杨酸( D N S ) 法。 总糖( T s ) 含最测定：取定量t 清液，加入等体积 1 0 硫酸 弁液，1 0 0 反应2 h 后- 1 i 和定容，取过滤清液按 3 ，5 - _ 硝肇水扬酸法测定还原精含苗。 16 拳数计算 溶还原精得率( ) = ( 还帐辅越f ：燥竹耪质量) x 1 0 0 溶总辅得牢( ) = ( 可潜性总辅惜f 燥竹糟质量) x 1 0 0 2 结果与分析 2l2O 稀硫酸对竹粉的预处理结果 2 稀硫酸对竹粉的预处理结果见附袭。 附表20 稀硫酸对竹粉的预处目结果 A i l a c h e d t a b l eP r e t r 劬n e n t o fb a m b o op o w d e r w f t h20 H ，S O , 由附表可知竹粉与20 稀硫酸溶液同液比为1 ：1 5 、 8 0 水浴处理2 0 h 后竹粉稀酸水解液r l i 溶出还原糖和总 糖的得率分别