一種高溫液態水結合酶解處理微藻糖化的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通過自然資源獲得糖類相關技術領域，具體涉及一種微藻糖化的方 法。 技術背景
[0002] 利用微藻生產燃料逐步成為全世界的研宄熱點并一直延續至今。近些年來，利用 微藻制備乙醇，越來越受到人們的關注，世界各研宄機構、能源科技公司都開展了相關研宄 工作，微藻乙醇逐步成為生物乙醇生產的研宄熱點。本文結合國內外利用微藻生產乙醇的 研宄進展，討論了微藻產醇過程中的各關鍵步驟。
[0003] 微藻有營養吸收快、光合效率高、生長迅速等特點。陸生植物的光合效率一般都低 于0. 5 %，但微藻的光合效率最高可達10 %。高效的光合效率使得微藻細胞的生長周期縮 短，其生物質倍增時間平均為2-5天，而某些藻類僅為6個小時，能夠在短時間內產生大量 微藻生物質。通過人工控制條件，微藻養殖可以全年進行，大大提高了經濟性。微藻乙醇的 原料是微藻生物質中的碳水化合物，主要包括淀粉、纖維素、半纖維素等。許多藻類如小球 藻、衣藻、柵藻、螺旋藻等含有大量的纖維素和淀粉，有些微藻淀粉含量可與玉米、小麥等其 它乙醇原料媲美。另外與其它木質纖維素植物相比，微藻細胞內木質素和半纖維素含量更 低，而且與植物中的纖維素 I β不同，微藻細胞內為纖維素 Ia，其氫鍵較弱，更易被降解為 單糖。
[0004] 微藻作為高效的光合微生物，能將太陽能、H2O和CO2通過光合作用轉化為碳水化 合物存儲在細胞內。許多藻類細胞內含有大量的淀粉和纖維素，有些微藻淀粉含量可與玉 米、小麥等相媲。另外，微藻細胞內木質素和半纖維素含量較低，而且與植物細胞中的纖維 素 Ιβ不同，微藻細胞內為Ia型纖維素，其氫鍵較弱，更易被降解為單糖，因此是作為燃料 乙醇生產的優良原料。
[0005] 微藻預處理能夠破壞微藻細胞壁，將大分子碳水化合物降解為小分子，提高后續 酶解糖化效率。目前研宄較多的微藻預處理方法，包括稀酸預處理、酶法預處理，堿法預處 理。高溫液態水（Liquid Hot Water)預處理法具有不需添加化學試劑、反應條件溫和、抑 制物生成少等優勢，正逐漸成為微藻生物質預處理的研宄熱點。通過水熱法預處理之后的 微澡生物質，其后續水解效率大大提尚，糖回收率有顯者提尚。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于結合目前大多數生物乙醇生產以糧食作物為原料，需要占用大 量耕地，而且糧食的消耗還會刺激食品價格上漲，帶來諸多環境和經濟問題，而利用微藻糖 化方法可以做到"不與民爭糧，不與糧爭地"。利用高溫液態水對微藻進行預處理，解離微藻 的細胞壁、實現微藻的預糖化，進而利用酶解完成微藻細胞內以淀粉為主的多糖糖化方法。
[0007] 本發明上述目的通過以下技術方案予以實現：
[0008] 一種高溫液態水結合酶解處理微藻糖化的方法，其特征在于所述方法包括如下步 驟：
[0009] (1)稱取凍干微藻生物質，加入超純水至微藻生物濃度為0. 067~0. 2g/L，在 100~200°C下進行高溫液態水預處理，預處理時間為20~80min ;
[0010] (2)完成預處理后，加入超純水至固液質量比為1:20,離心，取上清液，用高效液 相色譜測其中的葡萄糖濃度；同時取上清液，用4wt%硫酸在121°C下水解Ih后，測定其中 低聚葡萄糖和葡萄糖的總含量；
[0011] (3)將步驟（1)所得的處理液用醋酸溶液調節pH值至4.5 (這是淀粉酶和纖維素 酶的最適pH)，加入淀粉酶和纖維素酶，震蕩酶解36~72h ;
[0012] (4)取步驟（3)酶解后所得的酶解液，離心，取上清液，用高效液相色譜測定其葡 萄糖濃度，計算葡萄糖回收率。
[0013] 葡萄糖回收率為微藻生物質經過高溫液態水預處理及酶解后所得的葡萄糖占微 藻生物質中葡萄糖總量的百分比，計算公式為：
[0014]
[0015] 作為一種優選方案，步驟（1)中，所述微藻生物質為室內外培養的高碳水化合物 含量的微藻品種；步驟（2)和（4)中，所述離心是8000rpm離心10min ;步驟（3)中，所述淀 粉酶的加入量是每克凍干微藻生物質加入200~400FPU淀粉酶；所述纖維素酶的加入量是 每克凍干微藻生物質加入20~40FPU纖維素酶；所述震蕩酶解是在37 °G、150rpm下的恒溫 搖床中進行。
[0016] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
[0017] 本發明是以富淀粉微藻為原料，高溫液態水處理結合酶解微藻糖化的方法。本發 明為微藻生物質在生物質能源方面的應用提供了新的途徑，酶解、高溫液態水環境友好工 藝簡單、環保，為微藻能源化利用研宄提供了新研宄方向。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例，對本發明做進一步闡述。但實施例僅表達了本發明的幾種實施 方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出 的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變 形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
[0019] 以下實施例所用到的淀粉酶和纖維素酶均購自生工生物工程有限公司，淀粉酶 酶活為 1040U/g，酶活單位定義為 Ig enzyme at 40°C, pH 4.6 conditions, I hour of hydrolysis of soluble starch and Img of glucose as an enzyme activity unit:U/ g ;纖維素酶酶活為155U/mg，酶活單位為國際單位。
[0020] 實施例1
[0021] (1)準確稱取凍干的微藻生物質lg，加入超純水15ml，在溫度（140?、時間 (40min)條件下進行高溫液態水預處理。
[0022] (2)完成預處理反應后，均加超純水至固液質量比為1:20,取預處理液，8000rpm 離心10min，取上清液用高效液相色譜測預處理液中的葡萄糖濃度；同時取上清液，用 4wt%硫酸在121°C條件下水解lh，測定預處理液中低聚葡糖和葡萄糖的總含量。
[0023] (3)預處理后的處理液，用醋酸溶液調節pH值至4. 5,為淀粉酶和纖維素酶最適 pH。加入淀粉酶200-400FPU/g底物酶量和纖維素酶40FPU/g底物酶量，于37°C、150r/min 條件下，在恒溫搖床中震蕩酶解60h。
[0024] (4)取酶解液，8000rpm離心10min后取上清液，用高效液相色譜（HPLC)測定葡萄 糖濃度。葡萄糖回收率為微藻生物質經過高溫液態水預處理及酶解后所得的葡萄糖占微藻 生物質中葡萄糖總量的百分比，計算公式為：
[0025]
[0026] (：_為高效液相色譜測得的葡萄糖濃度，mg/mL。
[0027] 總糖回收率為89. 3%。
[0028] 實施例2
[0029] (1)準確稱取凍干的微藻生物質lg，加入超純水20ml，在不同溫度（100?、時間 (20min)條件下進行高溫液態水預處理。
[0030] (2)完成預處理反應后，均加超純水至固液質量比為