本發(fā)明涉及秸稈降解，尤其涉及一種利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)在綠色碳科學(xué)框架中起到承上啟下的作用，。

2、秸稈是重要的農(nóng)業(yè)廢棄物，作為一類可再生資源，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、以及少量脂肪、蛋白、灰分等構(gòu)成，其組成成分依植物的種類而不同，但其含量最大的是纖維素，有很高的可利用價(jià)值。

3、秸稈廢棄后一部分作為農(nóng)村能源燃燒掉、一部分直接還田或過腹還田。長期以來，秸稈的這種利用方式造成了潛在的生物質(zhì)能源的巨大浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染問題。如果將這類木質(zhì)纖維素多糖降解成單糖，就可望通過發(fā)酵最終將秸稈生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料酒精或氫氣，開辟一條生產(chǎn)可再生生物能源的新途徑。

4、秸稈纖維素的糖化降解是農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為生物能源燃料酒精或氫氣的第一步，也是制約著秸稈類生物能源化的關(guān)鍵步驟。提高秸稈纖維素的降解糖化效率是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。近幾年來，國內(nèi)外研究者就提高酶降解木質(zhì)纖維素效率做了許多研究工作，主要集中在以下幾個(gè)方面：

5、1、篩選高效木質(zhì)纖維素降解菌或通過基因工程重組得到新的高效降解菌株；

6、2、不同生產(chǎn)工藝對菌株產(chǎn)酶效率影響的研究；

7、3、通過物理或化學(xué)方法對秸稈進(jìn)行預(yù)處理，以提高降解效率；

8、4、分析不同植物木質(zhì)纖維素的組成及對糖化效率影響；

9、5、對酶水解的抑制因素進(jìn)行了一些初步研究。

10、但在現(xiàn)有的工藝中木質(zhì)纖維素糖化效率仍未達(dá)到令人滿意的水平，一是在降解秸稈類天然纖維素時(shí)，大多數(shù)酶的活性大幅度下降，二是秸稈纖維素降解糖化的目標(biāo)產(chǎn)物是單糖，但在酶解反應(yīng)中，單糖卻會(huì)繼續(xù)水解，生成有機(jī)酸等非目標(biāo)產(chǎn)品，從而降低了產(chǎn)糖效率。

11、就秸稈的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)而言，只要突破了將木質(zhì)纖維素降解成單糖的限速步驟，后續(xù)便可通過發(fā)酵制取生物質(zhì)能源燃料酒精或氫氣，理論上就能將秸稈廢棄物變成可再生生物資源的寶藏。

12、目前如何在秸稈類生物物質(zhì)的糖化過程中，獲得較高的秸稈纖維素降解效率，提高秸稈降解成單糖的效率，對實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)纖維素高效降解制取燃料乙醇和氫氣等清潔能源打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和理論依據(jù)，具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法。

2、一種利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，包括如下步驟：

3、s1、將植物秸稈干燥，粉碎過篩得到秸稈粉；

4、s2、將尿素加入至氫氧化鈉溶液中攪拌均勻，向其中加入秸稈粉，60-70℃超聲處理1-2h，加入氯化鈣繼續(xù)超聲處理10-30min，降溫至-30～-50℃，保溫10-30min，升溫至50-60℃攪拌10-20min，降至室溫，過濾，洗滌，真空干燥得到預(yù)處理秸稈粉a；

5、s3、將預(yù)處理秸稈粉a加入至稀硫酸溶液中，40-60℃攪拌1-2h，冷卻至室溫，過濾，洗滌，冷凍干燥得到預(yù)處理秸稈粉b；

6、s4、將氯化鑭加入至水中，40-60℃攪拌10-20min，攪拌狀態(tài)下向其中加入ε-聚賴氨酸、天冬氨酸，攪拌1-4h，向其中加入復(fù)合酶攪拌均勻得到復(fù)合酶液；

7、s5、將預(yù)處理秸稈粉b、復(fù)合酶液混合均勻，加入至醋酸-醋酸鈉緩沖液混合均勻，置于40-46℃搖床上酶解72-96h，離心。

8、優(yōu)選地，s1中，植物秸稈為高粱稈、玉米稈、麥稈、稻稈中至少一種。

9、優(yōu)選地，s1中，秸稈粉的含水量≤5%。

10、優(yōu)選地，s2中，尿素、秸稈粉、氯化鈣的質(zhì)量比為1-3：10-20：0.1-0.5。

11、優(yōu)選地，s2中，超聲頻率為10-16khz。

12、優(yōu)選地，s2中，氫氧化鈉溶液濃度為0.5-1.5mol/l。

13、優(yōu)選地，s3中，稀硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2%。

14、優(yōu)選地，s3中，采用去離子水洗滌1-3次。

15、優(yōu)選地，s4中，氯化鑭、ε-聚賴氨酸、天冬氨酸、復(fù)合酶的質(zhì)量比為0.001-0.01：1-10：0.1-1：1-2。

16、優(yōu)選地，s4中，復(fù)合酶包括纖維素酶、木聚糖酶、纖維二糖酶、果膠酶。

17、優(yōu)選地，每克復(fù)合酶中，纖維素酶的酶活為3000-5000u，木聚糖酶的酶活為2000-4000u，纖維二糖酶的酶活為4000-6000u，果膠酶的酶活為5000-6000u。

18、優(yōu)選地，s5中，預(yù)處理秸稈粉b與復(fù)合酶液的質(zhì)量比為10-20：3-6。

19、有益效果：

20、本發(fā)明采用秸稈粉加入至氫氧化鈉溶液中，在尿素的協(xié)同作用下可有效削弱木質(zhì)素分子間結(jié)合力，配合氯化鈣作用并與木質(zhì)素結(jié)合，在保證纖維素結(jié)構(gòu)穩(wěn)定基礎(chǔ)上配合高低溫處理，快速脫除木質(zhì)素。

21、而預(yù)處理秸稈粉a具有大量孔洞與褶皺結(jié)構(gòu)，一方面在40-60℃時(shí)更利于酸液進(jìn)入，促使纖維水解為半纖維素，既使其在較低溫度下即可降解，不易生成糠酸等副產(chǎn)物，另一方面其發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)更利于提高后續(xù)復(fù)合酶與纖維素或半纖維素的接觸面積，大大提高纖維素降解效率，大幅增加單糖產(chǎn)率。

22、本發(fā)明促使木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)被打破徹底，既大幅降低木質(zhì)素對復(fù)合酶的吸附，又能減少木質(zhì)素對酶的阻擋，本發(fā)明采用復(fù)合酶復(fù)配，不僅可獲得較高的秸稈纖維素降解效率，可對纖維內(nèi)部進(jìn)行高效分解，大大提高秸稈降解成單糖的效率，但極易存在單糖繼續(xù)水解，生成有機(jī)酸等非目標(biāo)產(chǎn)品，降低產(chǎn)糖效率。

23、申請人采用氯化鑭與天冬氨酸形成絡(luò)合物，隨后被容納在ε-聚賴氨酸的樹枝狀結(jié)構(gòu)中，使產(chǎn)物呈樹枝狀大分子結(jié)構(gòu)，不僅對復(fù)合酶吸附性能優(yōu)異，使所得復(fù)合酶液穩(wěn)定性極高，而且分解制備單糖選擇性高，分解活性高，可顯著避免處理過程中的損失，提高單糖總收率，同時(shí)可有效降低復(fù)合酶用量，使復(fù)合酶用量比較低的情況下，仍然可以得到較高的單糖收率。

24、本發(fā)明采用的原料為植物秸稈，來源廣泛，價(jià)格便宜，同時(shí)操作工藝簡單，成本低，反應(yīng)速度較快，高產(chǎn)率，能夠?yàn)楣I(yè)化生產(chǎn)提供可能性。

技術(shù)特征：

1.一種利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s1中，秸稈粉的含水量≤5%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s2中，尿素、秸稈粉、氯化鈣的質(zhì)量比為1-3：10-20：0.1-0.5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s2中，超聲頻率為10-16khz。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s2中，氫氧化鈉溶液濃度為0.5-1.5mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s3中，稀硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s4中，氯化鑭、ε-聚賴氨酸、天冬氨酸、復(fù)合酶的質(zhì)量比為0.001-0.01：1-10：0.1-1：1-2。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s4中，復(fù)合酶包括纖維素酶、木聚糖酶、纖維二糖酶、果膠酶。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，每克復(fù)合酶中，纖維素酶的酶活為3000-5000u，木聚糖酶的酶活為2000-4000u，纖維二糖酶的酶活為4000-6000u，果膠酶的酶活為5000-6000u。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，其特征在于，s5中，預(yù)處理秸稈粉b與復(fù)合酶液的質(zhì)量比為10-20：3-6。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及秸稈降解技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種利用微生物復(fù)合制劑高效降解植物秸稈的方法，將尿素加入至氫氧化鈉溶液中攪拌均勻，加入秸稈粉，60?70℃超聲處理，加入氯化鈣繼續(xù)超聲處理，降至?30～?50℃，保溫10?30min，升至50?60℃攪拌，降至室溫，真空干燥得到預(yù)處理秸稈粉A；將預(yù)處理秸稈粉A加入至稀硫酸溶液中，40?60℃攪拌，冷卻至室溫，冷凍干燥得到預(yù)處理秸稈粉B；將氯化鑭加入至水中，40?60℃攪拌10?20min，攪拌狀態(tài)下向其中加入ε?聚賴氨酸、天冬氨酸，加入復(fù)合酶攪拌均勻得到復(fù)合酶液；將預(yù)處理秸稈粉B、復(fù)合酶液混合均勻，加入至醋酸?醋酸鈉緩沖液混合均勻，酶解72?96h，離心。

技術(shù)研發(fā)人員：吳麗紅,興虹,王特
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧科技學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21