本發明涉及生物技術領域，特別涉及一種由棉短絨直接制備微晶纖維素的方法。
背景技術：
微晶纖維素（MCC）是天然纖維素水解后達到極限聚合度的極細微的白色短棒狀或無定形結晶粉末，極限聚合度（LODP）在15-375（葡萄糖單元）；不具纖維性而流動性極強。目前，微晶纖維素被廣泛應用于醫藥、食品、化妝品以及輕化工行業。
微晶纖維素的原料很多都是用木材和棉花，成本較高。棉短絨是所有纖維原料中纖維素含量最豐富的，含量在93%以上（相對棉短絨干基質量）。因而，用棉短絨取代棉花和木材制備食品及醫藥級的微晶纖維素是個很好的選擇。
然而現有技術采用棉短絨需要先制備出天然纖維素，然后再進行水解，工序復雜，得率低且所得微晶纖維素質量差、純度低?，F有技術尚未發現采用棉短絨直接制備微晶纖維素的方法。
技術實現要素：
為了彌補現有技術的不足，本發明提供了一種工藝簡單、微晶纖維素得率高且所得微晶纖維素質量非常好的由棉短絨直接制備微晶纖維素的方法。
本發明的技術方案為：
一種由棉短絨直接制備微晶纖維素的方法，包括步驟：
1）將經過預處理的棉短絨置于汽爆分離器中，加入棉短絨質量1-20倍的水，采用稀堿液調節pH7.2-9，通入惰性氣體，使棉短絨均勻分布，預浸10-30分鐘；
2）加入復合蛋白酶，間歇1-3分鐘，通入惰性氣體，酶解10-80分鐘；加入常溫型α-淀粉酶，酶解10-80分鐘；再加入綠色木霉分泌的纖維素酶，酶解20-120分鐘；酶解完畢后通入蒸汽升溫至60-85℃，保溫2-30分鐘，滅活酶的活性；所述復合蛋白酶由具備內肽酶活性的堿性蛋白酶和具備端肽酶活性的蛋白酶K組成；所述常溫型α-淀粉酶由微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌分泌所得α-淀粉酶，所述常溫型α-淀粉酶的適宜溫度為22-35℃；
3）滅酶后，向汽爆分離器中加入堿至堿液質量濃度為1-10%，接著向汽爆分離器中通入惰性氣體，將汽爆分離器內空氣排凈、封口；通入水蒸汽至溫度升至50-100℃；然后間歇性向汽爆分離器內通入惰性氣體，以維持汽爆分離器內壓力為1-2MPa，蒸煮30-180分鐘后噴放；
4）噴放漿狀物趁熱固液分離，得濾渣一和濾液一；
5）將濾渣一置于漂白罐，加入濾渣一1-10倍質量的水，攪勻，加入雙氧水至雙氧水的質量分數為2%-5%，于40-80℃下保溫20-120分鐘，進行漂白處理；
6）漂白處理完畢后固液分離，得濾渣二和濾液二；濾渣二采用水洗滌；
7）洗滌后的濾渣二經干燥、粉碎，得微晶纖維素成品。
作為優選方案，步驟1）中，所述棉短絨的預處理為：棉短絨開包、疏解、去雜、除塵。
作為優選方案，步驟2）中，所述微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌的獲取步驟具體為：將地衣芽孢桿菌的培養液置于微波發生器，設置微波功率為850-950W，脈沖頻率為2300MHz，微波處理20s，冷卻20s，依此往復25-35次；將微波處理后的培養液涂布在固體培養基上，30℃條件下培養1-2天，由存活下來的菌落中篩選四株常溫下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢桿菌的變異菌株。
進一步的，選出常溫下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢桿菌的變異菌株擴大培養，從而獲得所述常溫型α-淀粉酶。采用該方法獲得的常溫型α-淀粉酶，在常溫下即可高效酶解淀粉，既降低了能耗，又避免了副反應的發生。
作為優選方案，所述復合蛋白酶中具備內肽酶活性的堿性蛋白酶與具備端肽酶活性的蛋白酶K的比例為1:1-3。
作為優選方案，所述復合蛋白酶的加入量滿足每千克干基棉短絨400-800U，所述常溫型α-淀粉酶的加入量滿足每千克干基棉短絨300-700U；所述綠色木霉分泌的纖維素酶的加入量滿足每千克干基棉短絨200-900U。
作為優選方案，步驟3）中，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水或氫氧化鈣。
作為優選方案，所述惰性氣體為氮氣、氦氣或氬氣。
作為優選方案，步驟6）中，濾渣二采用水洗滌2-4遍。
作為優選方案，步驟7）中，所述干燥為熱風干燥、流化床干燥、冷凍干燥；干燥溫度低于90℃。
本發明的有益效果為：
本發明使用特殊的蛋白酶、特殊的常溫型淀粉酶在常溫下成功高效脫除蛋白質、淀粉，避免副反應的發生，保持分子結構的完整性；使用堿液脫除半纖維素、木質素、灰分、油脂類物質等。并采用特殊的纖維素酶，部分降解纖維素分子，pH保持微堿性，使得纖維素分子結晶區得到保護；微堿性條件下該纖維素酶破壞結晶區的功能被弱化，使得纖維素分子結晶區的片段得以保留，該片段即是本發明制備的微晶纖維素。
另外，汽爆過程中，采用低溫、高壓（惰性氣體提供）環境；高壓條件保證了堿液向原料細胞壁間的有效滲透，確保了微晶纖維素的得率；低溫及惰性環境避免了纖維素的分解反應、脫水（焦化）反應、剝皮反應、氧化反應、乙?；孽セ磻?，確保了纖維素的完整性及純度，進而確保了本發明微晶纖維素的純度。
本發明通過簡單工藝成功脫除棉短絨中的蛋白質、淀粉、油脂類、灰分、半纖維素、木質素等成份，并有效保留纖維素分子結晶區的片段，獲得質量極好的微晶纖維素；本發明工藝簡單，易于操作和推廣。
具體實施方式
實施例1
一種由棉短絨直接制備微晶纖維素的方法，包括步驟：
1）將棉短絨開包、疏解、去雜、除塵后置于汽爆分離器中，加入棉短絨質量10倍的水，采用稀氫氧化鉀溶液調節pH7.5，通入氮氣，使棉短絨均勻分布，預浸20分鐘。
2）加入復合蛋白酶（600U/Kg干基棉短絨），間歇1分鐘，通入氮氣，酶解40分鐘；加入常溫型α-淀粉酶（500U/Kg干基棉短絨），酶解30分鐘；再加入綠色木霉分泌的纖維素酶（600U/Kg干基棉短絨），酶解80分鐘；酶解完畢后通入蒸汽升溫至65℃，保溫10分鐘，滅活酶的活性；所述復合蛋白酶由具備內肽酶活性的堿性蛋白酶和具備端肽酶活性的蛋白酶K組成；所述常溫型α-淀粉酶由微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌分泌所得α-淀粉酶，所述常溫型α-淀粉酶的適宜溫度為22-35℃。
其中，復合蛋白酶由具備內肽酶活性的堿性蛋白酶和具備端肽酶活性的蛋白酶K組成，復合蛋白酶中具備內肽酶活性的堿性蛋白酶與具備端肽酶活性的蛋白酶K的比例為1: 1；該復合蛋白酶可以在常溫下高效水解蛋白質。
常溫型α-淀粉酶由微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌分泌所得α-淀粉酶；微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌的獲取步驟具體為：將地衣芽孢桿菌的培養液置于微波發生器，設置微波功率為900W，脈沖頻率為2300MHz，微波處理20s，冷卻20s，依此往復30次；將微波處理后的培養液涂布在固體培養基上，30℃條件下培養1-2天，由存活下來的菌落中篩選四株常溫下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢桿菌的變異菌株。選出常溫下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢桿菌的變異菌株擴大培養，從而獲得常溫型α-淀粉酶；常溫型α-淀粉酶在22-35℃溫度下高效率地水解淀粉，不必像目前大多采用的高溫型α-淀粉酶需要高溫（80-90℃）條件，因而減少了能耗也降低了對設備的要求，同時極大減少了副反應的發生。
此處用酶法可以柔和地將蛋白質、淀粉水解成小分子的肽類、氨基酸、麥芽糖、葡萄糖等進入濾液中，從而成功脫除蛋白質和淀粉。
采用特殊的纖維素酶（由綠色木霉分泌的纖維素酶。經試驗，其它纖維素酶均無法達到本發明效果，采用其它纖維素酶所得微晶纖維素質量差，得率低），部分降解纖維素分子，pH保持微堿性，使得纖維素分子結晶區得到保護；微堿性條件下該纖維素酶破壞結晶區的功能被弱化，使得纖維素分子結晶區的片段得以保留，該片段即是本發明制備的微晶纖維素。
3）滅酶后，向汽爆分離器中加入氫氧化鉀至堿液質量濃度為5%，接著向汽爆分離器中通入氮氣，將汽爆分離器內空氣排凈、封口；通入水蒸汽至溫度升至80℃；然后間歇性向汽爆分離器內通入氮氣，以維持汽爆分離器內壓力為1.5MPa，蒸煮80分鐘后噴放。
本步驟在汽爆分離過程中，木質素、半纖維素、灰分等均溶入熱堿液中；采用較低蒸煮溫度（80℃，通入熱蒸汽實現）避免了纖維素的分解反應、脫水（焦化）反應、剝皮反應等，采用較高鍋內壓力（1.5MPa，通過空壓機通入氮氣實現）保證了堿液向原料細胞壁間的有效滲透，采用惰性環境（通入氮氣實現）避免了纖維素分子基團的氧化反應、乙?；孽セ磻?。
4）噴放漿狀物趁熱固液分離，得濾渣一和濾液一。濾渣一即為含有微晶纖維素的漿料，濾液一為脫除的半纖維素、灰分硅質等無機鹽、木質素以及酶解后的小分子物質等。
5）將濾渣一置于漂白罐，加入濾渣一5倍質量的水，攪勻，加入雙氧水至雙氧水的質量分數為4%，于60℃下保溫60分鐘，進行漂白處理。
6）漂白處理完畢后固液分離，得濾渣二和濾液二；濾渣二采用水洗滌3遍。
7）洗滌后的濾渣二經熱風干燥（干燥溫度低于90℃）、粉碎，得微晶纖維素成品。此處溫度掌握在90℃以下，以確保微晶纖維素分子的穩定性。經檢測，本實施例所得微晶纖維素的質量為棉短絨干基質量的94.8％（得率非常高），聚合度為184，結晶度為89.2％。
實施例2
一種由棉短絨直接制備微晶纖維素的方法，包括步驟：
1）將棉短絨開包、疏解、去雜、除塵后置于汽爆分離器中，加入棉短絨質量12倍的水，采用稀堿液調節pH7.8，通入氮氣，使棉短絨均勻分布，預浸25分鐘。
2）加入復合蛋白酶（650U/Kg干基棉短絨），間歇1-3分鐘，通入氮氣，酶解30分鐘；加入常溫型α-淀粉酶（550U/Kg干基棉短絨），酶解25分鐘；再加入綠色木霉分泌的纖維素酶（650U/Kg干基棉短絨），酶解70分鐘；酶解完畢后通入蒸汽升溫至68℃，保溫12分鐘，滅活酶的活性；所述復合蛋白酶由具備內肽酶活性的堿性蛋白酶和具備端肽酶活性的蛋白酶K組成；所述常溫型α-淀粉酶由微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌分泌所得α-淀粉酶，所述常溫型α-淀粉酶的適宜溫度為22-35℃。
其中，復合蛋白酶由具備內肽酶活性的堿性蛋白酶和具備端肽酶活性的蛋白酶K組成，復合蛋白酶中具備內肽酶活性的堿性蛋白酶與具備端肽酶活性的蛋白酶K的比例為1: 2；該復合蛋白酶可以在常溫下高效水解蛋白質。
常溫型α-淀粉酶由微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌分泌所得α-淀粉酶；微波誘導所得變異地衣芽孢桿菌的獲取步驟具體為：將地衣芽孢桿菌的培養液置于微波發生器，設置微波功率為900W，脈沖頻率為2300MHz，微波處理20s，冷卻20s，依此往復30次；將微波處理后的培養液涂布在固體培養基上，30℃條件下培養1-2天，由存活下來的菌落中篩選四株常溫下α-淀粉酶活性高的地衣芽孢桿菌的變異菌株。選出常溫下α-淀粉酶活性最高的地衣芽孢桿菌的變異菌株擴大培養，從而獲得常溫型α-淀粉酶；常溫型α-淀粉酶在22-35℃溫度下高效率地水解淀粉，不必像目前大多采用的高溫型α-淀粉酶需要高溫（80-90℃）條件，因而減少了能耗也降低了對設備的要求，同時極大減少了副反應的發生。
此處用酶法可以柔和地將蛋白質、淀粉水解成小分子的肽類、氨基酸、麥芽糖、葡萄糖等進入濾液中，從而成功脫除蛋白質和淀粉。
采用特殊的纖維素酶（由綠色木霉分泌的纖維素酶，經試驗，其它纖維素酶均無法達到本發明效果，采用其它纖維素酶所得微晶纖維素質量差，得率低），部分降解纖維素分子，pH保持微堿性，使得纖維素分子結晶區得到保護；微堿性條件下該纖維素酶破壞結晶區的功能被弱化，使得纖維素分子結晶區的片段得以保留，該片段即是本發明制備的微晶纖維素。
3）滅酶后，向汽爆分離器中加入堿至堿液質量濃度為6%，接著向汽爆分離器中通入氮氣，將汽爆分離器內空氣排凈、封口；通入水蒸汽至溫度升至85℃；然后間歇性向汽爆分離器內通入氮氣，以維持汽爆分離器內壓力為1.7MPa，蒸煮60分鐘后噴放。
本步驟在汽爆分離過程中，木質素、半纖維素、灰分等均溶入熱堿液中；采用較低蒸煮溫度（85℃，通入熱蒸汽實現）避免了纖維素的分解反應、脫水（焦化）反應、剝皮反應等，采用較高鍋內壓力（1.7MPa，通過空壓機通入氮氣實現）保證了堿液向原料細胞壁間的有效滲透，采用惰性環境（通入氮氣實現）避免了纖維素分子基團的氧化反應、乙酰基的酯化反應等。
4）噴放漿狀物趁熱固液分離，得濾渣一和濾液一。濾渣一即為含有微晶纖維素的漿料，濾液一為脫除的半纖維素、灰分硅質等無機鹽、木質素以及酶解后的小分子物質等。
5）將濾渣一置于漂白罐，加入濾渣一6倍質量的水，攪勻，加入雙氧水至雙氧水的質量分數為3%，于65℃下保溫65分鐘，進行漂白處理。
6）漂白處理完畢后固液分離，得濾渣二和濾液二；濾渣二采用水洗滌4遍。
7）洗滌后的濾渣二經流化床干燥（干燥溫度低于90℃）、粉碎，得微晶纖維素成品。此處溫度掌握在90℃以下，以確保微晶纖維素分子的穩定性。經檢測，本實施例所得微晶纖維素的質量為棉短絨干基質量的94.5％（得率非常高），聚合度為177，結晶度為90.4％。