微波輔助處理酶解塔拉剩余物生產低聚可溶纖維素的方法
【技術領域】
:
[0001]本發明涉及生物質纖維廢渣資源化利用領域，涉及一種對塔拉生產沒食子酸剩余物(塔拉廢渣)酶解生產低聚可溶纖維素的新方法。
【背景技術】
:
[0002]塔拉(Caesalpinia sp1sa)又稱刺云實、藍蘇木，屬蘇木科云實屬，主要分布于南美洲西北部的秘魯、厄瓜多爾、哥倫比亞等國家，為灌木或小喬木，一般3?5m，在濕潤、肥沃和光照充足的地方，可長到8?1m;有10個變種;根系發達，主根明顯;雌雄同花，自花授粉；果莢呈扁平狀，成熟時紅棕色，一般長8?15cm，寬1.5?2.lcm，內有種子2?10粒;種子千粒重306.8g ；實生樹3a即可開花結果，盛果期1a，高產樹每株可結莢100?400kg。塔拉正常生長的自然地理條件是，海拔400?3000m，年平均氣溫8?27°C，適應性很強。
[0003]我國于90年代初首次從南美洲引種并栽培成功，目前已形成一定規模，種植面積已超過10hm2。塔拉粉含水8?12%，總抽出物75?80%，不溶物3?5%，單寧47?55%，非單寧19?27%。
[0004]塔拉果莢經粉碎后，提取再經濃縮干燥即可得到單寧。倍酸又名五倍子酸、沒食子酸，作為一種有機化工原料，可用于藥品、食品添加劑、染料、涂料、墨水等的制造。我國以及日本、法國、秘魯等國都開展了用塔拉單寧制造倍酸的方法研究。
[0005]1980年日本Dainippon制藥股份有限公司在含有塔拉單寧的培養基上培養黃青霉，在37?50°C條件下可制備沒食子酸。1984年法國Deschamps和Pourrat等用生物技術水解塔拉單寧生產沒食子酸的可行性研究，并確認克雷伯氏菌屬的Pneumonia、棒狀桿菌屬和黑曲霉的菌株，可使純塔拉單寧或從塔拉莢果粉中萃取的原液在幾個小時內分解，其沒食子酸產率可達30?50%。我國的鄧厚璋等人成功地開發出黑曲霉水解塔拉生產倍酸的工藝。1988年秘魯Reategui等報道了生產沒食子酸的兩種方法:一種為酸水解，即用I?4mol/L的硫酸在100°C對塔拉萃取物水解1.5?4.0h，可獲純度95.64%,產率11.40 %的沒食子酸，我國也有一些廠家采用酸水解法生產沒食子酸，其產品約占塔拉粉的23%;另一種方法為堿水解，即用氫氧化鈉水解單寧Ih，然后加鹽酸中和，可生產純度為98.60 %、產率為
19.27 %的沒食子酸。1995年我國的陳笳鴻報道了塔拉粉直接用堿水解制備沒食子酸的工藝流程，其最佳條件為:料液比1:25，回流反應Ih，產率可達33 % ο該工藝產率高，過程簡便，投資少，已成功地應用于工業生產。1991年我國的肖乾勇在專利說明書中，介紹了在100?110°C條件下，經堿水解塔拉粉I?2h生產沒食子酸的方法。
[0006]各種水溶性纖維素均可用作顏料與填料的膠黏劑、增稠劑或穩定劑等，相關的行業有油墨、紡織印花等。在陶瓷工業中，羧甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素可用作膠黏劑、彩色上釉配合劑等。在制藥與食品工業和農業中，甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素也是有用的膠黏劑、膠囊劑以及植物種子粘接保護劑。在紡織業中，乙二醛適當改性的羧甲基纖維素可用作無紡布的膠黏劑，在淀粉上漿劑中添加少量可增大其黏度，改善洗脫性，從而有利于環保。在冶金工業中，羧甲基纖維素作為鑄模型芯膠黏劑，具有用量少、干燥溫度低、熱強度好、分解溫度低等優點。因此水溶性纖維素具有廣泛的應用領域。
[0007]工業生產過程中所產生的纖維素類廢棄物是一種良好的纖維素生物質資源。我國森林資源匱乏，隨著人們環保意識的增強，將工業生產所產生的纖維素類廢棄物通過生物法轉化為水溶性纖維素，不僅可以拓展制備水溶性纖維素原料種類，而且可在很大程度上減輕工業廢棄物對生態環境造成的污染，具有重要的經濟和生態意義。
[0008]利用塔拉廢渣原料生產水溶性纖維素的關鍵，是纖維素水解過程。纖維素是植物細胞壁中最主要的成分，是由8000?12000個β-D-吡喃葡萄糖單體以β-l，4-糖苷鍵連接而成的線性長鏈大分子，其葡萄糖亞基排列緊密。同時，存在分子間排列不整齊的無定形區域。纖維素通常被半纖維素和木質素包圍，形成更難分解的復合物。因此，通常纖維素不溶于水，難以水解。
[0009]水解纖維素通常采用生物和化學法。生物酶水解法具有反應條件溫和、副產物少和環保等特點。最近幾十年，酶法生產水溶性纖維素作為一種環保的制備方式，得到各國學者的關注。直接生物轉化工業纖維素類廢棄物制備水溶性纖維素，因其工藝成本低、設備簡單以及環保特點而具有良好的發展前景。
[0010]纖維素酶解可以是單一酶解過程，也可以是多種酶協同完成。正是由于纖維素結構的復雜性，目前還沒有任何一種酶能將纖維素徹底水解。不論是真菌體內還是纖維素酶復合體中，纖維素降解都需要多種酶的協同作用。
[0011]纖維素酶主要有β-葡萄糖苷酶、外切葡聚糖酶和內切葡聚糖酶，其酶解機制是協同作用機制。外切葡聚糖酶從纖維素分子鏈一端開始，連續水解并釋放可溶性纖維二糖；內切葡聚糖酶隨機水解纖維素分子鏈內部β-葡萄糖苷鍵，形成新的鏈端;β-葡萄糖苷酶將中間產物纖維二糖和纖維寡糖水解成小分子糖，從而解除它們對內切和外切葡聚糖酶的抑制作用。
[0012]由于天然纖維素原料結構復雜，高度結晶纖維素和木質化阻礙了酶與纖維素的接觸，使其難被生物降解。因此，對大多數天然纖維素原料來說，沒有經過適當預處理，直接酶解，一般酶解率都非常低。
[0013]因此，利用工業纖維素類廢棄物開發簡便、高效、環保的水溶性纖維素具有重要的經濟效益和社會效益。
【發明內容】
[0014]本發明提供一種簡潔、高效的微波輔助預處理酶解塔拉生產沒食子酸剩余物(塔拉廢渣)生產低聚可溶纖維素的方法，包括步驟:
[0015](a)脫堿:用50°C溫水洗滌塔拉廢渣，從而使得殘留堿與塔拉廢渣分離，離心得到脫堿中性的塔拉廢渣；
[0016](b)微波處理:對脫堿后的塔拉廢渣進行微波處理，從而獲得經過微波處理的塔拉廢渣；
[0017](c)酶解塔拉廢渣:對經過微波處理的塔拉廢渣進行酶解，從而生產低聚可溶纖維素；
[0018]在另一優選例中，步驟(a)中所述的脫堿是在50°C溫水洗滌塔拉廢渣，每次時間0.5-lh,洗滌3次，洗滌后塔拉廢渣pH值6.5-7.5。
[0019]在另一優選例中，步驟(b)中所述的微波處理塔拉廢渣，改變塔拉廢渣中纖維晶區結構，從而獲得經過微波處理的塔拉廢渣。
[0020]在另一優選例中，步驟(c)中用纖維素酶對塔拉廢渣進行降解制備低聚可溶纖維素。
[0021]在另一優選例中，纖維素酶的濃度5-10wt%，pH值為4-7，溫度為50-60°C，酶解時間36-72h。
[0022]在另一優選例中，步驟(c)加入的纖維素酶活性為20000U/g。
【具體實施方式】
[0023]本發明人通過大量實驗，廣泛深入的研究，拓展原料，改進工藝，從而提供了適合工業化利用的塔拉廢渣酶解生產低聚可溶纖維素的方法。本發明方法包括對塔拉廢渣進行脫堿和微波物理預處理，再經過酶催化水解生成低聚可溶纖維素。經過預處理的塔