源于动物与微生物的纤维素酶协同酶解发酵乙醇的方法

摘要

本发明涉及来源于动物与微生物的纤维素酶协同用于纤维素酶解、发酵乙醇的方法，本发明的方法为：在纤维素原料中同时加入来源于动物和微生物的纤维素酶，并接种酿酒酵母发酵乙醇。本发明的优点为：来源于动物和微生物的纤维素酶混合使用后可优化纤维素酶不同组分间的比例，提高纤维素酶的酶解效率，减少整体纤维素酶用量；动物纤维素酶的采用增加了新的纤维素酶来源，有助于降低纤维素酶的生产成本。本发明适用于各种纤维素原料酶解发酵乙醇。

权利要求

1.一种源于动物与微生物的纤维素酶协同酶解发酵生产乙醇的方法，其步骤如下：

1)将纤维素原料装入同步酶解发酵反应器中，通入0.1MPa的高压蒸汽灭菌30分钟，然后冷却到50℃，在无菌操作条件下，同时加入动物纤维素酶与微生物纤维素酶；

2)在无菌条件下，向同步酶解发酵反应器中接种该反应器容积10％(V/V)的酿酒酵母液体种子，在37℃～38℃下发酵72小时；

所述的动物纤维素酶是指蜗牛酶、福寿螺纤维素酶、田螺纤维素酶，所述的微生物纤维素酶来自里氏木霉、绿色木霉或康氏木霉。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的纤维素原料选自秸秆、木材或草类。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的动物纤维素酶与微生物纤维素酶的滤纸酶活用量各为5IU～15IU/g底物。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的发酵pH为4.8～5.0，由0.1～

1.0mol/L的HCl和0.1～1.0mol/L的NaOH调整。

说明书

源于动物与微生物的纤维素酶协同酶解发酵乙醇的方法

技术领域

[0001] 本发明属于纤维素发酵乙醇领域，特别涉及一种源于动物与微生物的纤维素酶协同酶解发酵乙醇的方法

[0002] 背景技术

[0003] 纤维素发酵乙醇是现在的研究热点，但是高昂的成本阻碍了其商业化，其中纤维素酶的成本是个重要影响因素，纤维素酶成本的降低是纤维素乙醇成功商业化的关键之一。

[0004] 纤维素酶是一种多组分的复合酶，主要有3种组分：即内切型β-葡聚糖酶(EC3.2.1.4，也称CX酶，CMC酶或EG)，外切型β-葡聚糖酶(EC 3.2.1.91.也称C1酶，纤维二糖水解酶或BH)，和纤维二糖酶(EC 3.2.1.21，也称β-葡聚糖苷酶或CB)。因只要这三种酶共同作用就可以将纤维素彻底水解为葡萄糖，故而被研究者们形象地称为“完全”纤维素酶系(complete cellulase system)。

[0005] 目前纤维素酶的作用机制仍不是很清楚，主要有Reese提出的C1-CX假说和协同降解模型，但是大家普遍同意的是纤维素的降解是纤维素酶3种组分协同作用的结果，而且3种组分之间存在一个最优比例，在这个比例下3种组分的协同作用达到最大，每个单组分的所需酶量最少。

[0006] 对于不同来源的纤维素酶，其中内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶3组分间的比例各不相同，单一来源的纤维素酶单独降解纤维素时，3组分间的比例往往没有达到最优，使纤维素酶的活力不能得到充分发挥，造成纤维素酶的浪费。因此研究者经常采用多种纤维素酶的复合酶共同作用降解纤维素，多种酶协同作用的糖产率比单独的纤维素酶作用的结果要高。

[0007] 目前纤维素酶的生产一般采用微生物发酵，现阶段协同使用的纤维素酶都是由不同微生物发酵得到，生产成本较高。而在有些动物体内，不但存在共生的微生物能够发酵产生纤维素酶，而且动物本身也存在内源性的纤维素酶。如果来源于动物和微生物的纤维素酶之间也能协同使用，那么可以像培养微生物一样，通过培养动物的方式来大量生产纤维素酶，开辟一条新的纤维素酶生产途径，有助于降低纤维素酶的生产成本。 [0008] 针对以上情况，本发明将来源于动物与微生物的纤维素酶结合使用，增强不同来源纤维素酶三组分间的协同作用，提高纤维素酶解效率，以减少总体纤维素酶的用量，并开辟新的纤维素酶来源，为纤维素酶的低成本生产提供一条新的途径。

发明内容

[0009] 本发明的目的是针对目前纤维素发酵乙醇过程中纤维素酶成本高昂的问题，提供一种来源于动物与微生物的纤维素酶协同用于纤维素酶解、发酵乙醇的方法，优化不同纤维素酶组分间的比例，促进不同纤维素酶组分间的协同作用，提高纤维素酶解效果，减少整体纤维素酶用量，同时开辟新的纤维素酶来源，降低纤维素酶的生产成本，进而降低纤维素乙醇的生产成本。

[0010] 本发明提供的来源于动物与微生物的纤维素酶协同用于纤维素酶解、发酵乙醇的方法，其步骤如下：

[0011] 1)将纤维素原料装入同步酶解发酵反应器中，通入0.1MPa的高压蒸汽灭菌30分钟，然后冷却到50℃，在无菌操作条件下，同时加入动物纤维素酶和微生物纤维素酶。 [0012] 2)在无菌条件下，向同步酶解发酵反应器中接种该反应器容积10％(V/V)的酿酒酵母液体种子，在37℃～38℃下发酵72小时。

[0013] 所述的纤维素原料选自秸秆、木材或草类。

[0014] 所述的动物纤维素酶来自蜗牛、白蚁、甲虫或螺类。

[0015] 所述的微生物纤维素酶来自里氏木霉、绿色木霉或康氏木霉。 [0016] 本发明的方法具有以下优点：

[0017] (1)来源于动物与微生物的纤维素酶混合使用后可优化纤维素酶不同组分间的比例，提高纤维素酶的酶解效率，减少整体纤维素酶用量

[0018] (2)动物纤维素酶的采用增加了新的纤维素酶来源，有助于降低纤维素酶的生产成本。

具体实施方式

[0019] 下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

[0020] 实施例1

[0021] 将汽爆玉米秸秆(汽爆压力1.5MPa，汽爆时间5分钟)装入同步酶解发酵反应 器中，通入0.1MPa的高压蒸汽灭菌30分钟，然后冷却到50℃，在无菌操作条件下，加入来自于绿色木霉(Trichoderma viride)的纤维素酶以及蜗牛酶，绿色木霉纤维素酶加入量10IU(滤纸酶活)/g底物，蜗牛酶中纤维素酶加入量10IU(滤纸酶活)/g底物，然后在无菌条件下，接种该反应器容积10％(V/V)的酿酒酵母液体种子，在固液比1∶10，pH4.8，温度
37℃的条件下发酵72h，乙醇得率为15.7％。

[0022] 实施例2

[0023] 将汽爆玉米秸秆(汽爆压力1.5MPa，汽爆时间5分钟)装入同步酶解发酵反应器中，通入0.1MPa的高压蒸汽灭菌30分钟，然后冷却到50℃，在无菌操作条件下，加入来自于里氏木霉(Trichoderma reesei)的纤维素酶以及福寿螺纤维素酶，里氏木霉纤维素酶加入量10IU(滤纸酶活)/g底物，福寿螺纤维素酶加入量10IU(滤纸酶活)/g底物，然后在无菌条件下，接种该反应器容积10％(V/V)的酿酒酵母液体种子，在固液比1∶10，pH4.8，温度37℃的条件下发酵72h，乙醇得率为15.2％。

[0024] 实施例3

[0025] 将汽爆麦草(汽爆压力1.5MPa，汽爆时间5分钟)装入同步酶解发酵反应器中，通入0.1MPa的高压蒸汽灭菌30分钟，然后冷却到50℃，在无菌操作条件下，加入来自于里氏木霉(Trichoderma reesei)的纤维素酶以及蜗牛酶，里氏木霉纤维素酶加入量15IU(滤纸酶活)/g底物，蜗牛酶中纤维素酶加入量5IU(滤纸酶活)/g底物，然后在无菌条件下，接种该反应器容积10％(V/V)的酿酒酵母液体种子，在固液比1∶10，pH4.8，温度37℃的条件下发酵72h，乙醇得率为14.5％。

[0026] 实施例4