專利名稱：從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法
從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物化工領(lǐng)域的制備方法，尤其涉及一種從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外對植物纖維質(zhì)原料的生物轉(zhuǎn)化研究已經(jīng)取得了可喜的進展，但對植物纖維質(zhì)的三大主要組分沒有全面綜合的利用，常以生產(chǎn)單一產(chǎn)品為目的，經(jīng)濟效益低下。如日前利用植物纖維質(zhì)產(chǎn)燃料乙醇、木糖、木糖醇、糠醛等，都只利用其中一種組分，而忽視了其他組分的利用；由于這些單一產(chǎn)品自身價值有限，造成生物基產(chǎn)品無法與石油基產(chǎn)品競爭。目 前的預處理方法，其目的更多的是考慮利用木質(zhì)纖維原料中的纖維素，沒有考慮半纖維素、木質(zhì)素綜合利用，因此預處理技術(shù)應(yīng)充分考慮在利用纖維素的同時，回收半纖維素、木質(zhì)素等其他高附加值成分，從綜合利用的角度相對降低木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的成本，同時可避免造成二次污染。全面利用木質(zhì)纖維素中的三大主要成分有很多報道。如，Kadam等提出了二步法稀酸水解，首先原材料用O. 5-2. 5mol/L的稀硫酸處理，約有50%的半纖維素轉(zhuǎn)化為可溶性的低聚木糖或單糖，然后在62. 5%-87. 5%的液體乙醇中，用2mol/L H2SO4處理，脫除木素，纖維素糖化率>60%。Roberto等采用稀酸催化水解半纖維素回收木糖，以制作木糖醇等產(chǎn)品，而纖維素發(fā)酵成酒精。然而這些制備方法均采用純化學方法，需要消耗較高的化學試劑，易造成二次污染。因此，開發(fā)出低耗化學試劑或不添加化學試劑的新技術(shù)，且同時獲取木質(zhì)纖維中的三大組分，是從業(yè)人員的當務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，不僅可實現(xiàn)低耗化學試劑，從而達到環(huán)境友好的目的，且能夠同時利用木質(zhì)纖維中的三大組分。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的一種從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其具體包含如下步驟(I)麥糟的乙醇不溶物的制備先把麥糟浸沒在體積分數(shù)為85%的乙醇中煮沸5min后冷卻、過濾，重復兩次；之后依次用無水乙醇和乙醚清洗過濾后的麥糟并烘干；接著將烘干后的麥糟采用珠磨機粉碎并過50目的土樣篩，得到麥糟的乙醇不溶物；(2)阿魏酸和低聚木聚糖的制備稱取步驟(I)所得的麥糟的乙醇不溶物，按料液比1:8加入O. lmol/L NaOH溶液，浸泡24h后，再用功率為264w的微波處理20min后離心；之后將離心后的溶液的pH值調(diào)至5. O并冷卻至45°C時，加入50U/mL的木聚糖酶粗酶液反應(yīng)12h后,再加入40mU/mL的阿魏酸酯酶粗酶液反應(yīng)12h后離心得沉淀及上清液即酶解液；接著將該酶解液分離純化得阿魏酸和低聚木糖，同時將該沉淀洗至中性，烘干，得到預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣；(3)預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣的糖化將步驟(2)所得的麥糟的乙醇不溶物殘渣采用95%乙醇室溫振蕩2h，振蕩結(jié)束后去木質(zhì)素并離心棄上清液得沉淀，加入纖維素酶200U/g，pH4. 5的Na2HPCT4檸檬酸緩沖液，料液比I : 40，并置于50°C下水浴振蕩36h，得麥糟的乙醇不溶物的纖維素酶酶解液；(4)乙醇發(fā)酵將釀酒酵母菌種接入 固體培養(yǎng)基中，于30°C下培養(yǎng)24h后轉(zhuǎn)接到種子培養(yǎng)基中，并將該種子培養(yǎng)基置于30°C、攪拌速率150r/min條件下培養(yǎng)24h ;之后將獲得的種子培養(yǎng)液轉(zhuǎn)接至發(fā)酵培養(yǎng)基中厭氧發(fā)酵72h，接種量10%，攪拌速率120r/min，溫度設(shè)定為28°C ;厭氧發(fā)酵結(jié)束則獲得酒精即乙醇；其中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的組分為酵母粉
I.5g/L，NH4Cl 2. 5g/L，檸檬酸 3g/L，K2HPO4 5. 5g/L，MgSO4 · 7H20 0. 025g/L，氯化鈉 lg/L,氯化鈣0. 01g/L,pH5. 5，含2. 5%還原糖的步驟(I)所得纖維素酶酶解液100mL/L ;且該培養(yǎng)基組分中的百分比均為質(zhì)量百分比；所述步驟(2)與步驟(3)中的料液比均為質(zhì)量體積比。進一步地，所述固體培養(yǎng)基的組分為麥芽汁150mL/L，瓊脂3g/L，pH6. 4 ;所述種子培養(yǎng)基的組分為麥芽汁90mL/L，pH4. O。本發(fā)明的有益效果在于能夠從麥糟中同時制備獲得阿魏酸、低聚木糖及乙醇，SP可同時利用木質(zhì)纖維中的三大組分；且以極低濃度的堿即O. Imol/LNaOH溶液輔助物理方法對木質(zhì)纖維進行處理，初步降解其三維空間結(jié)構(gòu)，并結(jié)合相關(guān)生物酶進行生物轉(zhuǎn)化以依次獲取阿魏酸、低聚木糖及乙醇三種醫(yī)藥化工產(chǎn)品，整個制備過程簡單、所消耗的化學試劑的量很低，即實現(xiàn)低耗化學試劑，從而達到環(huán)境友好的目的。
具體實施方式本發(fā)明從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其具體包含如下步驟
(I)麥糟的乙醇不溶物的制備先把麥糟浸沒在體積分數(shù)為85%的乙醇中煮沸5min后冷卻、過濾，重復兩次；之后依次用無水乙醇和乙醚清洗過濾后的麥糟并烘干；接著將烘干后的麥糟采用珠磨機粉碎并過50目的土樣篩，得到麥糟的乙醇不溶物；(2)阿魏酸和低聚木聚糖的制備稱取步驟(I)所得的麥糟的乙醇不溶物，按料液比l:8(w/v)加入O. Imol/L NaOH溶液(即Ig麥糟的乙醇不溶物需加入8mL的O. lmol/L NaOH溶液)，浸泡24h后，再用功率為264w的微波處理20min后離心；之后將離心后的溶液的pH值調(diào)至5. O并冷卻至45°C時，加入50U/mL的木聚糖酶粗酶液(即于ImL該離心后的溶液中加入50U木聚糖酶粗酶液)反應(yīng)12h后，再加入40mU/mL的阿魏酸酯酶粗酶液(即于ImL該離心后的溶液中加入40mU阿魏酸酯酶粗酶液)反應(yīng)12h后離心得沉淀、及上清液即酶解液；接著將該酶解液分離純化得阿魏酸和低聚木糖，同時將該沉淀洗至中性，烘干，得到預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣；(3)預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣的糖化將步驟(2)所得的麥糟的乙醇不溶物殘渣采用95%乙醇室溫振蕩2h，振蕩結(jié)束后去木質(zhì)素并離心棄上清液得沉淀，加入纖維素酶200U/g(以麥糟的乙醇不溶物殘渣為基礎(chǔ)，即Ig麥糟的乙醇不溶物殘渣含纖維素酶200U)、ρΗ4· 5的Na2HPCT4檸檬酸緩沖液，料液比I 40 (即Ig該沉淀中加入40mL ρΗ4· 5的Na2HPCT4檸檬酸緩沖液)，并置于50°C下水浴振蕩36h，得麥糟的乙醇不溶物的纖維素酶酶解液，該纖維素酶酶解液中的主要成分為還原糖；(4)乙醇發(fā)酵將釀酒酵母菌種接入固體培養(yǎng)基中，于30°C下培養(yǎng)24h后轉(zhuǎn)接到種子培養(yǎng)基中，并將該種子培養(yǎng)基置于30°C、攪拌速率150r/min條件下培養(yǎng)24h ;之后將獲得的種子培養(yǎng)液轉(zhuǎn)接至發(fā)酵培養(yǎng)基中厭氧發(fā)酵72h，接種量10%，攪拌速率120r/min，溫度設(shè)定為28°C ;厭氧發(fā)酵結(jié)束則獲得酒精即乙醇；其中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的組分為酵母粉I. 5g/L，NH4Cl 2. 5g/L，檸檬酸3g/L，K2HPO4 5. 5g/L，MgSO4 · 7H20 0. 025g/L，氯化鈉 lg/L，氯化鈣 0. Olg/L, pH5. 5，含 2. 5% 還原糖的步驟(3)所得纖維素酶酶解液100mL/L ;即作為發(fā)酵培 養(yǎng)基組分之一的該纖維素酶酶解液內(nèi)含2. 5%還原糖；且該發(fā)酵培養(yǎng)基組分中的百分比為質(zhì)量百分比。其中，所述固體培養(yǎng)基的組分為麥芽汁150mL/L，瓊脂3g/L，pH6. 4 ;所述種子培養(yǎng)基的組分為麥芽汁90mL/L，pH4. O。為了更好的對本發(fā)明從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法進行闡述說明，申請人給出了如下具體實施例。實施例(I)麥糟的乙醇不溶物的制備先把IOOg麥糟浸沒在體積分數(shù)為85%的乙醇中煮沸5min后冷卻、過濾，重復兩次；之后依次用無水乙醇和乙醚清洗過濾后的麥糟并烘干；接著將烘干后的麥糟采用珠磨機粉碎并過50目的土樣篩，得到麥糟的乙醇不溶物81g;(2)阿魏酸和低聚木聚糖的制備稱取IOg步驟(I)所得的麥糟的乙醇不溶物，力口A 80mL0. lmol/L NaOH溶液,浸泡24h后，再用功率為264w的微波處理20min后離心得68mL離心液(即離心后的溶液)，將離心液的pH值調(diào)至5. O并冷卻至45°C時，在3400U的木聚糖酶粗酶液反應(yīng)12h后，再加入2720mU的阿魏酸酯酶粗酶液反應(yīng)12h后離心得上清液(即酶解液)65mL、及沉淀；接著將該酶解液分離純化得到阿魏酸9. Img和低聚木糖I. 69g，同時將沉淀洗至中性，烘干，得到預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣5. 2g;且通過計算可知，木質(zhì)纖維中阿魏酸的制備量為O. 91mg/g、低聚木糖的制備量為169mg/g (B卩Ig麥糟的乙醇不溶物可制備獲得O. 9 Img阿魏酸及169mg低聚木糖)；(3)預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣的糖化將步驟(2)所得的5. 2g麥糟的乙醇不溶物殘渣加入100mL95%乙醇并于室溫振蕩2h，振蕩結(jié)束后去木質(zhì)素并離心棄上清液，得沉淀4. lg，加入1040U纖維素酶、164mL pH4. 5的Na2HP0_4檸檬酸緩沖液，并置于50°C下水浴振蕩36h，得麥糟的乙醇不溶物的纖維素酶酶解液152mL ；(4)乙醇發(fā)酵將釀酒酵母菌種接入固體培養(yǎng)基中，于30°C下培養(yǎng)24h后轉(zhuǎn)接到種子培養(yǎng)基中，并將該種子培養(yǎng)基置于30°C、攪拌速率150r/min條件下培養(yǎng)24h ;之后將獲得的種子培養(yǎng)液轉(zhuǎn)接至發(fā)酵培養(yǎng)基中厭氧發(fā)酵72h，接種量10%，攪拌速率120r/min，溫度設(shè)定為28°C ;厭氧發(fā)酵結(jié)束則獲得酒精即乙醇；通過計算可知，乙醇的產(chǎn)量為O. 27g/g (即Ig麥糟的乙醇不溶物可制備獲得O. 27g乙醇)，對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為48. 72%。綜上，本發(fā)明能夠從麥糟中同時制備獲得阿魏酸、低聚木糖及乙醇，即可同時利用木質(zhì)纖維中的三大組分；且以極低濃度的堿即O. lmol/L NaOH溶液輔助物理方法對木質(zhì)纖維進行處理，初步降解其三維空間結(jié)構(gòu)，并結(jié)合相關(guān)生物酶進行生物轉(zhuǎn)化以依次獲取阿魏酸、低聚木糖及乙醇三種醫(yī)藥化工產(chǎn)品，整個制備過程簡單、所消耗的化學試劑的量很低，即實現(xiàn)低耗化學試劑，從而達到環(huán)境友好的目的。
權(quán)利要求
1.一種從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其特征在于 (1)麥糟的乙醇不溶物的制備先把麥糟浸沒在體積分數(shù)為85%的乙醇中煮沸5min后冷卻、過濾，重復兩次；之后依次用無水乙醇和乙醚清洗過濾后的麥糟并烘干；接著將烘干后的麥糟采用珠磨機粉碎并過50目的土樣篩，得到麥糟的乙醇不溶物； (2)阿魏酸和低聚木聚糖的制備稱取步驟(I)所得的麥糟的乙醇不溶物，按料液比1:8加入O. lmol/L NaOH溶液，浸泡24h后，再用功率為264w的微波處理20min后離心；之后將離心后的溶液的pH值調(diào)至5. O并冷卻至45°C時，加入50U/mL的木聚糖酶粗酶液反應(yīng)12h后，再加入40mU/mL的阿魏酸酯酶粗酶液反應(yīng)12h后離心得沉淀、及上清液即酶解液；接著將該酶解液分離純化得阿魏酸和低聚木糖，同時將該沉淀洗至中性，烘干，得到預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣； (3)預處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣的糖化將步驟(2)所得的麥糟的乙醇不溶物殘渣采用95%乙醇室溫振蕩2h，振蕩結(jié)束后去木質(zhì)素并離心棄上清液得沉淀，加入纖維素酶200U/g，pH4. 5的Na2HPCT4檸檬酸緩沖液，料液比I : 40，并置于50°C下水浴振蕩36h，得麥糟的乙醇不溶物的纖維素酶酶解液； (4)乙醇發(fā)酵將釀酒酵母菌種接入固體培養(yǎng)基中，于30°C下培養(yǎng)24h后轉(zhuǎn)接到種子培養(yǎng)基中，并將該種子培養(yǎng)基置于30°C、攪拌速率150r/min條件下培養(yǎng)24h ;之后將獲得的種子培養(yǎng)液轉(zhuǎn)接至發(fā)酵培養(yǎng)基中厭氧發(fā)酵72h，接種量10%，攪拌速率120r/min，溫度設(shè)定為280C ;厭氧發(fā)酵結(jié)束則獲得酒精即乙醇；其中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的組分為酵母粉I. 5g/L，NH4Cl2. 5g/L，檸檬酸 3g/L，K2HP045. 5g/L，MgSO4 ·7Η200· 025g/L，氯化鈉 lg/L，氯化鈣 O. Olg/L，pH5. 5，含2. 5%還原糖的步驟(3)所得纖維素酶酶解液100mL/L ;且該培養(yǎng)基組分中的百分比為質(zhì)量百分比； 所述步驟(2)與步驟(3)中的料液比均為質(zhì)量體積比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其特征在于所述固體培養(yǎng)基的組分為麥芽汁150mL/L，瓊脂3g/L，pH6. 4 ;所述種子培養(yǎng)基的組分為麥芽汁 90mL/L，pH4. O。
全文摘要
本發(fā)明提供一種從麥糟中同時制備阿魏酸、低聚木糖及乙醇的方法，其先把麥糟浸沒在體積分數(shù)為85％的乙醇中煮沸5min后冷卻、過濾，重復兩次；之后依次用無水乙醇和乙醚清洗過濾后的麥糟并烘干，接著粉碎并過50目的土樣篩，得到麥糟的乙醇不溶物；之后將麥糟的乙醇不溶物依次進行0.1mol/LNaOH溶液浸泡、微波并離心，然后經(jīng)阿魏酸酯酶協(xié)同木聚糖酶處理以獲得阿魏酸、低聚木糖，再將處理后麥糟的乙醇不溶物殘渣依次進行糖化、發(fā)酵最終獲得乙醇。本發(fā)明不僅可實現(xiàn)低耗化學試劑，從而達到環(huán)境友好的目的，且能夠同時利用木質(zhì)纖維中的三大組分。
文檔編號C12R1/865GK102864180SQ20121033037
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日 公開號201210330376.X
發(fā)明者李夏蘭, 方柏山, 程珊影, 張?zhí)m 申請人:華僑大學