一种提高纤维素酶解效率的酶解促进剂及其应用
阅读说明：本技术 一种提高纤维素酶解效率的酶解促进剂及其应用 (Enzymolysis accelerant for improving enzymolysis efficiency of cellulose and application thereof ) 是由 张红丹 张贤滨 谢君 李晓垠 于 2021-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高纤维素酶解效率的酶解促进剂及其应用,酶解促进剂包括吐温、茶皂素、蛋白、木聚糖酶。本发明的数据表明,与单独添加吐温、茶皂素、蛋白可以显著提高纤维素酶解效率不同的是,单纯添加木聚糖酶并不能提高纤维素酶的酶解效率,反而会导致纤维素酶的酶解效率略微下降。而将木聚糖酶和吐温、茶皂素、蛋白复配后,出人意料地提高了纤维素酶后期的酶解效率,延长纤维素酶的持续作用时间,具有意料之外的效果；本发明的一些实例酶解24h和48h的葡萄糖得率分别可达89.55%和96.46%,可有效将纤维素酶解的时间从72h缩短至24 h。本发明的一些实例,在缩短酶解时间的同时,延长了纤维素酶的作用时间。(The invention discloses an enzymolysis accelerant for improving the enzymolysis efficiency of cellulose and application thereof, wherein the enzymolysis accelerant comprises tween, tea saponin, protein and xylanase. The data of the invention show that the enzymolysis efficiency of the cellulase cannot be improved by only adding xylanase, but the enzymolysis efficiency of the cellulase is slightly reduced. After the xylanase, the tween, the tea saponin and the protein are compounded, the later enzymolysis efficiency of the cellulase is unexpectedly improved, the continuous action time of the cellulase is prolonged, and an unexpected effect is achieved; according to some embodiments of the invention, the glucose yield of 24h and 48h after enzymolysis can reach 89.55% and 96.46%, respectively, and the enzymolysis time of the cellulase can be effectively shortened from 72h to 24 h. Some embodiments of the invention provide for a reduction in enzymatic time while extending the duration of action of the cellulase enzyme.)
技术领域
本发明涉及生物质高效转化与利用技术领域，具体涉及一种提高纤维素酶解效率的酶解促进剂及应用该酶解促进剂进行纤维素酶解的方法。
背景技术
随着化石能源的减少、环境的污染以及环保意识的增强，迫使人们寻找一种新的清洁能源。生物质能作为其中的一种引起了人们的重视。纤维素一种是常见的生物质，可以被纤维素酶酶解为葡萄糖，用途广泛，越来越受到人们的关注。
纤维素酶的用量、酶解效率对纤维素酶解的成本有着至关重要的影响。纤维素酶的用量越少，酶解的速率越快(用时越短)，对于纤维素酶解越有利。一般而言，纤维素酶解的时间一般不低于72小时，用量也较大。
发明人在CN109457000A中公开了通过添加吐温80可以在一定程度下缩短酶解时间，降低酶用量，提高葡萄糖产率。但是酶解后期，纤维素酶的活性降低明显，效果还是有待进一步提高。亦有其他研究表明也有一些蛋白等可以减少纤维素酶的用量，但是也存在使用成本较高，增效效果不佳的问题。有必要开发出一种新型的提高纤维素酶解效率的酶解促进剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种提高纤维素酶解效率的酶解促进剂及应用该酶解促进剂进行纤维素酶解的方法。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一个方面，提供：
一种提高纤维素酶解效率的酶解促进剂，其质量组成为吐温10～50份、茶皂素20～60份、蛋白20～60份、木聚糖酶0.4～1.2份。
在一些实例中，酶解促进剂的质量组成为吐温10～30份、茶皂素20～60份、BSA 蛋白20～60份、木聚糖酶0.4～1.2份。
在一些实例中，酶解促进剂的质量组成为吐温30份、茶皂素40份、BSA 蛋白60份、木聚糖酶1.2份。
在一些实例中，酶解促进剂的质量组成为吐温10～30mg、茶皂素20～60mg、BSA 蛋白20～60mg，木聚糖酶不低于4000 U。
在一些实例中，所述吐温为吐温80。
在一些实例中，所述蛋白为BSA。
在一些实例中，所述木聚糖酶的酶活不低于10000 U/mg。
本发明的第二个方面，提供：
一种酶解纤维素的方法，包括将含有纤维素的预处理残渣、纤维素酶、缓冲液、酶解促进剂混合在一起进行酶解，所述酶解促进剂如本发明第一个方面所述。
在一些实例中，所述酶解促进剂的用量为50～150 mg/g绝干预处理残渣。
在一些实例中，所述纤维素酶的用量不超过15 FPU/g绝干预处理残渣。
在一些实例中，所述酶解的时间不超过48 h。
在一些实例中，所述木聚糖酶的添加量不低于4000 U/g绝干预处理残渣。
本发明的第三个方面，提供：
本发明第一个方面所述酶解促进剂在促进纤维素酶解中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明的一些实例表明，与单独添加吐温、茶皂素、蛋白(BSA)可以显著提高纤维素酶解速度不同的是，单纯添加木聚糖酶并不能提高纤维素酶的酶解效率，反而会导致纤维素酶的酶解效率略微下降。而将木聚糖酶和吐温、茶皂素、蛋白复配后，出人意料地提高了纤维素酶后期的酶解效率，延长纤维素酶的持续作用时间，具有意料之外的效果。
本发明的一些实例，特定组成的酶解促进剂不仅可以提高整个纤维素酶解过程中的效率，还可以提高最终的葡萄糖得率，具有意料之外的效果。
本发明的一些实例，酶解24h的葡萄糖得率可达89.55%，酶解48 h的葡萄糖得率可达9.46%。与现有技术相比，可以有效将纤维素酶解的时间从72h缩短至24 h。
本发明的一些实例，在缩短酶解时间的同时，延长了纤维素酶的作用时间，有利于减少纤维素酶解的酶用量。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
以下实施例中部分原料和方法：
方便比较起见，如无特别说明，以下实例或对比例中：
甘蔗渣原料经风干、搓丝、粉碎处理后其粒径<1毫米，其组分含量为纤维素40.2%，半纤维素21.5%，木素25.2%。方便比例起见，使用的纤维素按如下方法制备得到：向蔗渣原料中按绝干质量体积比1g：10mL的比例，加入60%（v/v）乙醇水溶液，再加入0.025mol/L乙醇水溶液的CuCl2，在高压反应釜中160℃反应，待反应时间达到10分钟，停止加热，并立即用水冷凝使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出预处理残渣。预处理残渣即用于后续纤维素酶解的试验。
酶解液中葡萄糖含量用高效液相色谱法测定分析。
木聚糖酶的酶活为10000 U/mg。
添加量的用量，mg/g指mg/g(以绝干计)预处理残渣。
实例1
取2克(以绝干计)预处理残渣，加入10FPU/g的纤维素酶(赛力二代)、30mg/g的吐温80添加剂和100mL的pH＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时、48小时和72小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为84.06%、92.17%和92.32%。
实例2
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为40mg/g的茶皂素，在酶解进行24小时、48小时和72小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为87.88%、92.18%和93.53%。
实例3
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为40mg/g的BSA，在酶解进行24小时、48小时和72小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为88.15%、92.16%和93.09%。
实例4
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为1.2mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时、48小时和72小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为65.35%、82.02%和86.51%。
实例5
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为10mg/g的吐温，40mg/g的茶皂素，40mg/g的BSA，0.8mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为84.41%和92.58%。
实例6
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为10mg/g的吐温，60mg/g的茶皂素，60mg/g的BSA，1.2mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为85.27%和93.58%。
实例7
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为30mg/g的吐温，20mg/g的茶皂素，40mg/g的BSA，1.2mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为85.72%和93.23%。
实例8
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为30mg/g的吐温，40mg/g的茶皂素，60mg/g的BSA，0.4mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为85.52%和94.08%。
实例9
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为30mg/g的吐温，60mg/g的茶皂素，20mg/g的BSA，0.8mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为85.13%和93.96%。
实例10
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为30mg/g的吐温，20mg/g的茶皂素，60mg/g的BSA，0.8mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为87.32%和93.32%。
实例11
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为50mg/g的吐温，40mg/g的茶皂素，20mg/g的BSA，1.2mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为86.91%和93.83%。
实例12
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为50mg/g的吐温，60mg/g的茶皂素，40mg/g的BSA，0.4mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为86.61%和93.27%。
实例13
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为10mg/g的吐温，20mg/g的茶皂素，20mg/g的BSA，0.4mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为80.05%和92.31%。
实例14
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入的添加剂为30mg/g的吐温，40mg/g的茶皂素，60mg/g的BSA，1.2mg/g的木聚糖酶，在酶解进行24小时和48小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为89.55%和96.46%。
对比例1
同实例1的方法，区别在于，酶解过程中加入10 FPU/g的纤维素酶(赛力二代)进行酶解，酶解进行24小时、48小时和72小时后取出1mL样品并进行灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算所得葡萄糖得率分别为65.46%、85.03%和89.53％。
对实例1～4、对比例1酶解24h、48h和72h时的酶解液和实例5～14酶解24h和48h时的酶解液，均采用高效液相色谱法测定葡萄糖浓度，并计算葡萄糖得率。具体结果如表1所示：
通过实例与对比例的对比可知：
1)通过对比实例1～4和对比例1可知，在其他条件相同的情况下，预处理段吐温80、茶皂素、BSA的单独加入能够极大的提高酶解段葡萄糖的得率，木聚糖酶的单独加入未能提高酶解段葡萄糖的得率，反而会导致酶解效果有轻微的下降。
2)对比实例1～4相比，实例5～14将吐温80、茶皂素、BSA、木聚糖酶按一定比例复配加入，在酶解的前段(24小时)内，与吐温80、茶皂素、BSA单独加入时，酶解葡萄糖得率没有显著区别；但是在酶解后期，在反应体系中纤维素进一步被消耗且酶解生成的葡萄糖对酶解反应存在一定抑制的情况下，葡萄糖得率有进一步的提升，实例5～14酶解48 h葡萄糖的得率与实例1～4酶解72h的相当，甚至更高。这说明木聚糖酶的加入可以进一步提高酶解效率，提高葡萄糖的得率。可能与木聚糖酶对纤维素酶具有预料之外的保护作用有关，为酶解液再次用于纤维素酶解提供了可能。
3)将实例5～14进行对比可知，复配酶解促进剂组成对于酶解前期(24 h)的酶解速率存在一定影响，实例13的效果最差，但是后期的酶解效果无显著差异。实例14在整个酶解过程中均具有最佳的酶解效率，酶解24h和48h的葡萄糖得率分别高达89.55%和96.46%，具有意料之外的效果。
以上是对本发明所作的进一步详细说明，不可视为对本发明的具体实施的局限。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的简单推演或替换，都在本发明的保护范围之内。