一种提高木聚糖酶解糖化得率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于木质纤维素酶解技术领域，特别涉及一种以木质素磺酸盐与长链脂肪 醇作为酶解助剂提高木聚糖酶解糖化得率的方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界人口的增长及经济的发展，人类对能源需求日益增大。化石资源的过度 使用，使人类陷入了能源危机和严重的环境污染问题，寻找不可再生资源的替代品，成为人 类社会生存和可持续发展所必须面对的重大问题。从具有环境友好、可再生、存量丰富特点 的生物质资源出发，生产生物燃料和高附加值的化学品成为了研宄热点。
[0003] 木糖作为一种重要的可再生生物质资源，是当下一个研宄和投资热点。木糖是木 聚糖的组分单体，为五碳糖，在自然界中经常以吡喃环的形式存在。而木聚糖广泛存在于玉 米芯、麦草秸杆、玉米秸杆等农业废弃物中。木糖的结构特点决定了木糖具有以下功能特性 及应用：1、不被消化吸收，没有能量值，是肥胖及糖尿病患者可以食用的无热量甜味剂；2、 活化人体肠道内的双岐杆菌，改善人体的肠道微环境；3、木糖与食物的配伍性很好，与钙同 时摄入时，可以提高人体对钙的吸收率和保留率；4、可以高效的引起美拉德反应，提色效果 明显，可用于生产食品调味剂级食品行业金褐色的着色。5、医药原料和医药中间体。而且 木糖还是生产木糖醇、糠醛等化学品的重要化工原料。
[0004] 近年来，木糖在生物和制药工业中的应用也引起人们的广泛兴趣，但是人们还没 有完全认识到木糖利用的潜力。现在国内外生产木糖主要是通过酸解农林废弃物（如玉米 芯、稻壳、农作物秸杆）、果皮、果壳、刨花和锯末等中获得。
[0005] 但是酸解存在的问题很多，比如说：对仪器装置的耐酸性要求高，会产生对环境有 害的废料，产生对后期发酵不利的副产品，而且能耗很大。而酶解技术具有反应条件温和， 无污染，定向性强且没有不可控对下游生产有影响的副产品。但目前该工艺所存在的问题 主要是酶成本高、酶解效率低、酶用量大和酶利用率低，制约了这一工艺的大规模工业化。
[0006] 在过去的30年里，大量的学者对于如何提高木质纤维酶解效率、降低生产成本等 问题展开了研宄。
[0007] Lou等将一种由酶解木质素和聚乙二醇通过环氧氯丙烷交联合成的水溶性 的木质素聚氧乙烯醚（EHL-PEG)用于促进玉米秸杆的酶解糖化。在EHL-PEG作用下， 玉米秸杆的72h酶解效率从16. 7%提高到70. 1 %，而PEG4600为52. 3%。当木质纤 维素中木质素含量越高，EHL-PEG强化酶解的效果比PEG4600越显著（Bioresource Technology, 2015, 185:165-170.)〇
[0008] Sipos等研宄发现，通过添加 PEG4000可以提高木质纤维素的糖化得率，作者认 为PEG可与木质素分子上的酚羟基相结合，与纤维素酶产生竞争性吸附，从而减少纤维素 酶在木质素上的无效吸附，提高水解液中纤维素酶的有效浓度，促进纤维素的酶水解反应 (Comptes Rendus Biologies, 2011，334:812-823.)。Yang 等通过添加 Tween 80 以提高玉 米秸杆Whatman 1号滤纸的糖化得率，其认为Tween 80可以有效防止纤维素酶在与纤维素 底物相互作用的过程中失活，提高纤维素酶的利用效率，从而提高纤维素底物的糖化得率 (Biochemical Engineering Journal, 2011，56(3):125-129.)〇
[0009] Zhu等研宄发现来自SPORL处理的松木底物的木质素磺酸盐可以有效提高松木底 物的酶解糖化得率，而且通过调节PH可以有效提高木质素磺酸盐对木质纤维素酶解的促 进效果，实验结果显示，在pH为5,酶载量为13FPU/g葡聚糖时，经过SPORL预处理的松木底 物的酶解糖化得率可达到 91% (Biotechnology for Biofuels, 2013, 6:9·)。
[0010] Wang等通过添加牛血清蛋白质提高whatman 1号滤纸的糖化得率，其认为牛血清 蛋白质可以增强纤维素酶在水解液中的酶活性，可以降低纤维素酶解过程所需要的纤维素 酶载量（Applied Biochemistry and Biotechnology, 2013, 170，（3) :541-551.) 〇
[0011] 但是以上研宄针对的酶解底物是纤维素，适用的生物酶是纤维素酶。对于通过助 剂提高木聚糖酶解的技术还鲜有学者涉足，此外以上研宄所用到的非离子表面活性剂如 PEG、Tween等和牛血清蛋白质等价格昂贵，不利于降低生物质酶解产品的生产成本，而且 PEG和Tween等酶解助剂在使用过程中容易出现起泡现象，这也不利于工业上的安全生产。
【发明内容】
[0012] 为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种以木质素磺酸 盐与长链脂肪醇作为酶解助剂提高木聚糖酶解糖化得率的方法。
[0013] 本发明的目的通过下述方案实现：
[0014] -种以木质素磺酸盐与长链脂肪醇作为酶解助剂提高木聚糖酶解糖化得率的方 法，包括以下步骤：
[0015] 将待酶解木聚糖配置成酶解液，加入木聚糖质量0. 5~100 %的长链脂肪醇和木 聚糖质量〇. 5~100%的木质素磺酸盐，再加入木聚糖酶进行酶解反应，得到酶解后糖类水 解液。
[0016] 所述的待酶解木聚糖可为纯木聚糖、富含木质纤维素的农作物或农林废弃物，如 玉米芯等。
[0017] 当所述的待酶解木聚糖不为纯木聚糖时，优选进行预处理后再进行酶解反应，所 述预处理可为将待酶解木聚糖浸泡于氢氧化钠/尿素水溶液。
[0018] 所述氢氧化钠/尿素水溶液中氢氧化钠的浓度优选为4wt %，尿素的浓度优选为 12wt% 〇
[0019] 所述浸泡的时间为30~40min即可。
[0020] 为了减少浸泡过程中木聚糖的损失，优选尽量降低浸泡过程中体系的温度，更优 选为〇°c以下进行。
[0021] 上述预处理是为了破坏材料中的细胞结构，有利于酶解助剂的作用。
[0022] 所述的长链脂肪醇可为正辛醇、正癸醇、正十二醇、正十四醇、正十六醇和正十八 醇中的至少一种。优选为正辛醇、正癸醇和正十二醇中的至少一种。
[0023] 所述酶解液中木聚糖的浓度优选为2~20wt %。
[0024] 所述的木质素磺酸盐重均分子量小于50000Da，可为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙 和木质素磺酸镁中的至少一种，优选为木质素磺酸钠。
[0025] 所用木质素磺酸盐和长链脂肪醇的质量比优选为（25~50) : 1。
[0026] 所用木聚糖酶的量为常规木聚糖酶解糖化用量即可，优选为1~5mgProtein/ g (DW)木聚糖。
[0027] 所述酶解反应的条件为常规酶解条件即可，优选为45~60°C下反应48~96h ;更 优选为50°C下反应70h。
[0028] 所述酶解液使用缓冲液配置，为常规木聚糖酶适用缓冲溶液系统即可，如pH = 4. 5~6. 0,离子强度为25~lOOmmol/L的缓冲液。优选为醋酸-醋酸钠缓冲液、柠檬酸-柠 檬酸钠缓冲液或磷酸盐缓冲液，更优选为醋酸-醋酸钠缓冲液。
[0029] 本发明的机理为：
[0030] 本发明方法首次提出以木质素磺酸盐与长链脂肪醇复配作为酶解助剂，有效提高 木聚糖酶解糖化得率，最高可提高15. 5%，且酶解过程中没有泡沫的产生，有利于安全生 产，是一种安全高效的生产方法。
[0031] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0032] (1)本发明以木质素磺酸盐与长链脂肪醇复配为酶解助剂促进木聚糖的酶解，复 配效果比单独添加木质素磺酸盐或长链脂肪醇的强化效果要好，而且强化效果好于两者促 进效果的简单叠加，即两者复配存在协同作用，共同促进木聚糖酶解反应，可使木聚糖的糖 化得率提高9. 2~15. 5%。
[0033] (2)本发明使用的木质素磺酸盐来源丰富、价格低廉且可再生，是一种绿色环保的 添加剂；长链脂肪醇掺量低，且来源广泛，可从植物提取得到，具有可再生性的优点。
[0034] (3)本发明以木质素磺酸盐与长链脂肪醇复配为酶解助剂促进木聚糖酶解糖化的 方法，