一種四乙酰乙二胺在提高木質纖維素酶解轉化率上的應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種四乙酰乙二胺在提高木質纖維素酶解轉化率上的應用，屬于生物質資源轉化利用技術領域。
【背景技術】
[0002]木質纖維素是地球上最豐富廉價的可再生資源，蘊儲著巨大的生物質能。主要來源于農業廢棄物，森林廢棄物和城市廢棄物。隨著化石燃料的枯竭和環境的日益惡化，將木質纖維素糖轉化成葡萄糖和木糖等，并進一步用于生物基化學品如燃料乙醇等能源產物的生產，受到日益關注。我國是農業大國，農作物秸桿資源相當豐富，年產近8億噸，然而長期以來，大部分秸桿被丟棄或焚燒，既浪費了資源又污染了環境，秸桿資源的合理綜合利用對于保護環境、緩解能源危機和促進農業可持續發展具有重要意義。
[0003]利用木質纖維素生產重要的生物基化學品如燃料乙醇等主要包括預處理、酶解轉化和發酵等步驟。其中預處理技術是木質纖維素轉化的關鍵步驟，通過破壞纖維素-木質素-半纖維素之間的連接，降低纖維素的結晶度，去除木質素，以使纖維素酶及半纖維素酶有效接觸纖維素和半纖維素，從而提高酶解效率。
[0004]但是酸法預處理木質纖維素容易產生抑制微生物生長的糠醛和羥甲基糠醛等物質；汽爆法成本高，產物復雜，有焦油形成。
[0005]中國專利文獻CN 102758028A(申請號201110104494.4)公開了一種預處理木質纖維素原料，再轉化為還原糖的方法。它采用液固比5-50，將木質纖維素在質量分數0-5%氫氧化鈉和質量分數0-5%的雙氧水的混合溶液中處理1-10小時，處理后所得固體殘留物用水洗滌烘干。然后在酸解時間10-120min，酸解溫度30_150°C，硫酸質量濃度0-10%，液固比5-50處理得固體殘留物，調節pH值至7，然后烘干。該處理工藝可使木質素有效去除，而且半纖維素在稀酸條件下水解得五碳糖，經進一步反應可得高附加值產品。
[0006]但上述方法用于木質纖維素酶法水解的預處理過程中，酶解轉化率相對較低，無法滿足相關要求。
[0007]雙氧水作為通常使用的脫色劑，除水外沒有其他副產物產生，但單純的雙氧水脫色效果并不理想，為了提高漂色效率，通過研究四乙酰乙二胺(TAED)作為助劑，能激活漂白劑(雙氧水)，在水解過程中能與雙氧水形成氫鍵，使過渡狀態穩定，而且容易水解，不形成酰基過氧化物，以提高雙氧水的漂白效果，但在現有技術中，四乙酰乙二胺(TAED)常作為漂白助劑使用。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的不足，本發明提供一種四乙酰乙二胺在提高木質纖維素酶解轉化率上的應用。
[0009]本發明的技術方案如下:
[0010]—種四乙酰乙二胺在提高木質纖維素酶解轉化率上的應用，用于使過氧化氫完全反應分解釋放出活性氧，提高木質纖維素酶解轉化率，包括步驟如下:
[0011]將四乙酰乙二胺、NaOH, H2O2與去離子水混合均勻，加入預處理后的木質纖維素原料，得混合反應液，然后于溫度28?35°C、轉速120?200rpm條件下，保溫反應20?30小時，反應后固液分離，固體用去離子水洗滌、干燥，得處理后的木質纖維素；
[0012]所述混合反應液中，四乙酰乙二胺的加入量為0.05?0.3g/g預處理后的木質纖維素原料，NaOH的加入量為0.1?0.5g/g預處理后的木質纖維素原料，H2O2的加入量為0.05?0.3g/g預處理后的木質纖維素原料，去離子水的加入量為40?60ml/g預處理后的木質纖維素原料。
[0013]根據本發明優選的，四乙酰乙二胺的加入量為0.08?0.15g/g預處理后的木質纖維素原料，進一步優選的，四乙酰乙二胺的加入量為0.lg/g預處理后的木質纖維素原料。
[0014]根據本發明優選的，NaOH的加入量為0.08?0.15g/g預處理后的木質纖維素原料，進一步優選的，NaOH的加入量為0.1?0.15g/g預處理后的木質纖維素原料。
[0015]根據本發明優選的，H2O2的加入量為0.09?0.15g/g預處理后的木質纖維素原料，進一步優選的，H2O2的加入量為0.lg/g預處理后的木質纖維素原料。
[0016]根據本發明優選的，去離子水的加入量為50ml/g預處理后的木質纖維素原料。
[0017]根據本發明優選的，預處理后的木質纖維素原料為原料清除雜物，然后將木質素纖維素經風干、粉碎、過5_孔徑的篩子，得預處理后的木質纖維素原料。
[0018]根據本發明優選的，木質纖維素原料選自玉米秸桿、麥桿、棉桿、稻草、油菜桿、甜高粱莖桿、甘蔗渣、木肩、廢紙和/或柳枝稷。
[0019]根據本發明優選的，先將NaOH加入溶解量的去離子水中溶解后，再加入體系中。
[0020]一種利用上述處理后的木質纖維素生產木糖和葡萄糖的方法，包括如下:
[0021]a、向上述制得的處理后的木質纖維素中加入四環素、環己酰亞胺和檸檬酸緩沖液，四環素的添加量為使四環素終濃度達到35?45 μ g/mL，環己酰亞胺的添加量為使環己酰亞胺終濃度達到25?35 μ g/mL，檸檬酸緩沖液的的添加量為使檸檬酸緩沖液終濃度達到 40 ?60ul/mL ；
[0022]b、然后加入復合酶，酶蛋白總加量為40?60mg/g纖維素，在45?50°C條件下，攪拌反應65?75小時，經離心，取上清，制得木糖和葡萄糖溶液。
[0023]本發明優選的，檸檬酸緩沖液的濃度為lmol/L，pH為4.8。
[0024]本發明優選的，所述復合酶組分為β -葡萄糖苷酶和纖維素酶Accelerase 1000，β -葡萄糖苷酶與纖維素酶Accelerase 1000的蛋白質比為1:4。
[0025]根據本發明優選的，所述步驟b中攪拌速度為100?200rpm，離心為在4°C、12000rpm的條件下離心15min。
[0026]本發明人意外發現，本發明的處理方法，四乙酰乙二胺(TAED)與過氧化氫共同作用可大大提高木質纖維素酶解轉化率，過氧化氫在堿性條件下會分解為過氧化氫陰離子，TAED能和過氧化氫陰離子發生親核取代反應生成過氧乙酸陰離子和二乙酰乙二胺(DAED)，而過氧乙酸能更有效地作用于木質素，在酶解過程中，由于木質素的存在使木質纖維素的酶水解效率降低。本發明TAED的加入，能使H2O2得到活化，釋放出活性氧會將木質素氧化并從纖維素中析出，去除木質素對其后酶解的阻礙作用，有效提高了葡萄糖的轉化率。四乙酰乙二胺(TAED)的添加量是本領域的技術人員經過長期的實驗摸索得到的，四乙酰乙二胺(TAED)的添加量過小對轉化率的提高起不到作用，四乙酰乙二胺(TAED)的添加量過大會起到木質纖維素水解作用，最終促使轉化率提高。
[0027]本發明的有益效果如下:
[0028]經過本發明的處理方法，四乙酰乙二胺與過氧化氫共同作用可大大提高木質纖維素酶解轉化率，四乙酰乙二胺使過氧化氫完全反應分解釋放出活性氧，提高木質纖維素酶解轉化率，促使纖維素的糖轉化率進一步提高，該預處理過程簡單易行，不產生難處理的廢水。
【附圖說明】
[0029]圖1、實施例1處理方法與對比例I不加入四乙酰乙二胺的處理方法對處理后的木質素含量的影響柱狀圖，NaOH的加入量為0.lg/g預處理后的木質纖維素原料；
[0030]圖2、實施例2處理方法與對比例2不加入四乙酰乙二胺的處理方法對處理后的木質素含量的影響柱狀圖，NaOH的加入量為0.15g/g預處理后的木質纖維素原料；
[0031]圖3、實施例1處理方法與對比例I不加入四乙酰乙二胺的處理方法對葡萄糖和木糖的轉化率影響的柱狀圖，NaOH的加入量為0.lg/g預處理后的木質纖維素原料；
[0032]圖4、實施例2處理方法與對比例2不加入四乙酰乙二胺的處理方法對葡萄糖和木糖的轉化率影響的柱狀圖，NaOH的加入量為0.15g/g預處理后的木質纖維素原料。
【具體實施方式】
[0033]下面通過具體實施例并結合附圖對本發明做進一步說明，但不限于此。
[0034]實施例中，β -葡萄糖苷酶和纖維素酶Accelerase 1000購自諾維信公司；
[0035]四乙酰乙二胺，市購產品，市場購得。
[0036]實施例1
[0037]—種四乙酰乙二胺在提高木質纖維素酶解轉化率上的應用，用于使過氧化氫完全反應分解釋放出活性氧，提高木質纖維素酶解轉化率，具體應用步驟如下:
[0038](I)清除玉米秸桿中的雜物，然后將木質素纖維素經風干、粉碎、過5_孔徑的篩子篩分，得預處理后的木質纖維素原料；
[0039](2)四乙酰乙二胺、NaOH、H2O2與去離子水混合均勻，加入預處理后的木質纖維素原料，得混合反應液，混合反應液于溫度28°C、轉速150rpm條件下，保溫反