專利名稱：脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法。
然而，由于木質(zhì)纖維材料的成分復(fù)雜，其水解過(guò)程除了生成上述糖類物質(zhì)外，還生成一系列對(duì)微生物生長(zhǎng)有抑制作用的物質(zhì)，主要包括木糖在酸性高溫條件下降解生成的副產(chǎn)物糠醛，乙酰化木聚糖釋放出的醋酸，由木質(zhì)素降解生成的酚類化合物等。這些物質(zhì)有的屬于揮發(fā)性物，有的則屬于非揮發(fā)性物。如不從水解物中除去，它們就會(huì)抑制微生物生長(zhǎng)，使之不能進(jìn)行正常的發(fā)酵。除去木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的過(guò)程，也有文獻(xiàn)稱之為脫毒。
有研究者將木質(zhì)纖維材料在水解之前用氨水處理，可以脫去半纖維素的乙?；?，減少水解物中的醋酸濃度，有效改善水解物的發(fā)酵性能。但是，處理體積龐大的原料耗費(fèi)大量的氨水，回收利用則成本太高，直接排放則帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，工業(yè)上難有實(shí)用價(jià)值。
大多數(shù)研究者都是先將木質(zhì)纖維材料水解之后，再設(shè)法除去水解物中的微生物生長(zhǎng)抑制物，因?yàn)橄鄬?duì)于處理體積龐大的原料而言，處理水解物顯然方便得多。
目前，從水解物中除去微生物生長(zhǎng)抑制物的方法主要有真空蒸發(fā)、石灰水沉淀、有機(jī)溶劑萃取、離子交換樹(shù)脂處理和活性炭吸附等措施。
然而，真空蒸發(fā)在提高水解物中糖類成分濃度的同時(shí)，雖然可除去大部分糠醛、醋酸及某些揮發(fā)性有毒成分，但同時(shí)提高了水解物中非揮發(fā)性微生物生長(zhǎng)抑制物的濃度，當(dāng)這種非揮發(fā)性抑制物提高到一定濃度之后，微生物細(xì)胞根本無(wú)法正常生長(zhǎng)。所以，單純依靠蒸發(fā)濃縮并不能完全解決從木質(zhì)纖維水解物中充分去除微生物生長(zhǎng)抑制物的問(wèn)題。
用過(guò)量的石灰將水解物調(diào)節(jié)至pH10，可有效除去酚類化合物，顯著改善水解物的發(fā)酵性能。但過(guò)量石灰造成的堿性條件會(huì)使糖類成分遭到破壞，使糖的回收率降低。而且單純用石灰處理水解物，脫毒效果也難于達(dá)到要求。
雖然，有機(jī)溶劑萃取也是脫除水解物中微生物生長(zhǎng)抑制的一種有效方法，然而，用有機(jī)溶劑萃取方法來(lái)除去水解物中的微生物生長(zhǎng)抑制物，不僅成本較高，而且操作上也不甚安全。
用離子交換樹(shù)脂處理木質(zhì)水解物，只能除去離子態(tài)的微生物生長(zhǎng)抑制物，而對(duì)非離子態(tài)的抑制物無(wú)效，所以單純以離子交換樹(shù)脂處理后的水解物如果濃縮倍數(shù)較高，則微生物也不能生長(zhǎng)。另外，由于木質(zhì)纖維水解使用較高的酸濃度，水解物中和之后生成較高濃度的鹽類離子，降低了單位重量的離子交換樹(shù)脂處理水解物的能力。離子交換樹(shù)脂再生過(guò)程產(chǎn)生較多廢水，處理也不方便。
活性炭吸附可除去某些由木質(zhì)素降解生成的微生物生長(zhǎng)抑制物，改善水解物的發(fā)酵性能。但單純用活性炭處理的水解物，殘余的非揮發(fā)性毒物濃度仍然較高，仍難于制備符合要求的微生物發(fā)酵基質(zhì)。
上述從木質(zhì)纖維水解物中脫除微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，都是目前常用的技術(shù)，它既可以是使用單一方法，也可以是多種方法聯(lián)合使用。但即使聯(lián)合使用多種方法處理過(guò)的水解物，如果將糖濃度蒸發(fā)濃縮提高到100g/L以上，微生物生長(zhǎng)也會(huì)受到明顯的抑制，不能滿足需要更高濃度底物的發(fā)酵要求。造成這一現(xiàn)象的一個(gè)原因是，水解物中由木質(zhì)素降解生成的非揮發(fā)性微生物生長(zhǎng)抑制物未能有效除去。
在具體實(shí)施本發(fā)明時(shí)，采用現(xiàn)有脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物方法中的一種，或聯(lián)合采用多種方法處理木質(zhì)纖維材料稀的水解液，在此過(guò)程中增加使用大孔樹(shù)脂的處理工序，如讓木質(zhì)纖維水解液流經(jīng)裝有大孔樹(shù)脂的層析柱，或?qū)⒋罂讟?shù)脂浸泡于水解液中，大孔樹(shù)脂即可吸附脫除水解物中的非揮發(fā)性微生物生長(zhǎng)抑制物。這種水解產(chǎn)物按要求濃縮之后，即可用于微生物發(fā)酵制備目標(biāo)產(chǎn)物。
由于木質(zhì)纖維水解物中的非揮發(fā)性微生物生長(zhǎng)抑制物，主要是由木質(zhì)素降解生成的酚類化合物，因而此類物質(zhì)能被極性大孔樹(shù)脂有效吸附，并且使木質(zhì)纖維水解液呈酸性時(shí)，其吸附的效果更好。
本發(fā)明的方法特別適用于以稀的硫酸、鹽酸或其混合溶液加熱水解木質(zhì)纖維材料形成的富含木糖的水解物后，從水解物中脫除微生物生長(zhǎng)抑制物工藝，且經(jīng)本發(fā)明方法處理后的上述溶液，特別適合用于發(fā)酵生成乙醇、木糖醇、乳酸、多糖等微生物的代謝物，也包括以獲取微生物菌體為目的的培養(yǎng)過(guò)程。
用苯乙烯共聚的大孔吸附樹(shù)脂吸附處理木質(zhì)纖維水解物后，能除去水解物中對(duì)微生物生長(zhǎng)與代謝有抑制作用的物質(zhì)，改善水解物的發(fā)酵性能，有效提高微生物發(fā)酵的細(xì)胞產(chǎn)量、發(fā)酵產(chǎn)物的生成速率和發(fā)酵產(chǎn)物對(duì)底物的轉(zhuǎn)化率。這種除去微生物生長(zhǎng)抑制物的富含木糖的水解物，特別適用于發(fā)酵生成乙醇、木糖醇、乳酸、多糖等微生物的代謝物。由于本方法除去了木質(zhì)纖維水解物中的非揮發(fā)性微生物生長(zhǎng)抑制物，所以采用本方法處理之后，不需另外經(jīng)過(guò)特別復(fù)雜的精制過(guò)程，只需按使用要求濃縮(濃縮過(guò)程同時(shí)除去水解物中揮發(fā)性微生物生長(zhǎng)抑制物)，就能使微生物很好地利用水解物中高濃度的糖類，并生成高濃度的產(chǎn)物。
另一份80℃保溫2小時(shí)，抽濾除去沉淀物，然后加入粉末狀活性碳1.0g，80℃保溫0.5小時(shí)，抽濾除去活性炭，真空濃縮至木糖含量約220g/L，作為常規(guī)方法紫外比較檢測(cè)檢測(cè)用的水解物，記作AC。
(4)將MR與AC同時(shí)配制成0.025％的水溶液，用北京瑞利分析儀器公司生產(chǎn)的，uv-110紫外分光光度計(jì)，進(jìn)行200-500nm范圍紫外掃描。
如

圖1所示紫外光譜分析表明，兩個(gè)樣品的水溶液在285nm，300nm處各有一很強(qiáng)吸收峰，并且在290-320nm處均有較寬的吸收帶。比較兩種處理的圖譜結(jié)果可以看出，大孔樹(shù)脂處理后的紫外吸收物含量，顯著低于活性碳處理。
上述實(shí)施例中的大孔樹(shù)脂，也可以是非大孔樹(shù)脂，但使用極性大孔樹(shù)脂效果更好。
實(shí)例2(1)按實(shí)施例1，制備出本發(fā)明的水解物MR與常規(guī)活性碳吸附法制備的水解物(AC)；(2)分別加入氫氧化鈣中和至PH2；加入酵母膏；配制成木糖含量為105，140，175，210g/L的水解物溶液；
(3)接種入熱帶假絲酵母(AS2.1776)，27℃搖瓶培養(yǎng)48小時(shí)，檢測(cè)培養(yǎng)基內(nèi)的細(xì)胞密度。
如圖2所示結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)所用的所有木糖濃度下，采用本發(fā)明處理過(guò)的水解物，酵母細(xì)胞密度明顯高于常規(guī)活性碳處理。將木糖濃度提高到210g/L，常規(guī)活性碳處理的基質(zhì)中酵母細(xì)胞已經(jīng)基本停止生長(zhǎng)，而本發(fā)明大孔樹(shù)脂處理的基質(zhì)中，酵母細(xì)胞密度比活性碳處理木糖濃度105g/L時(shí)還要高。即本發(fā)明的方法，要比活性碳更有效地改善基質(zhì)的微生物細(xì)胞培養(yǎng)性能。(其中細(xì)胞密度用721分光光度計(jì)于620nm處測(cè)定吸光度，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線換算出細(xì)胞干重)實(shí)例3按實(shí)施例1，分別制備本發(fā)明處理的蔗渣水解物，同用常規(guī)活性碳吸附作為對(duì)照，分別配制成含木糖200g/L的水解物培養(yǎng)基，接入熱帶假絲酵母AS2.1776，27℃，200轉(zhuǎn)/分，搖瓶培養(yǎng)110小時(shí)。
結(jié)果，由本發(fā)明制備的水解物培養(yǎng)基生成木糖醇127g/L，而常規(guī)活性碳處理的水解物培養(yǎng)基酵母細(xì)胞不能長(zhǎng)，也不產(chǎn)生木糖醇。即用本發(fā)明制備的水解物培養(yǎng)基，不僅顯著改善微生物的細(xì)胞生長(zhǎng)性能，也有效提高微生物的產(chǎn)物發(fā)酵活性。
上述實(shí)施例中木糖、木糖醇檢測(cè)是用HPLC法，water510泵，410示差析光檢測(cè)器；Bensou，BC-100，Ca+2柱；流動(dòng)相，超純水，柱溫90℃，流速0.4ml/min。
權(quán)利要求
1.脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于采用了大孔樹(shù)脂作吸附載體的脫除工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于所述大孔樹(shù)脂是極性大孔樹(shù)脂，所述木質(zhì)纖維水解物呈酸性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于所述木質(zhì)纖維水解物是指以木質(zhì)纖維材料加稀酸水解形成的富含木糖的糖漿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于所述稀酸是鹽酸、硫酸或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于所述木質(zhì)纖維水解物是用以生成乙醇和木糖醇的底物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于所述木質(zhì)纖維水解物是用以生成乙醇和木糖醇的底物。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于所述木質(zhì)纖維水解物是用以生成乙醇和木糖醇的底物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，其特征在于所述吸附工藝是采用以木質(zhì)纖維水解物流經(jīng)大孔樹(shù)脂層吸柱的動(dòng)態(tài)吸附。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脫除木質(zhì)纖維水解物中微生物生長(zhǎng)抑制物的方法，是將木質(zhì)纖維材料的水解液，用現(xiàn)有脫毒方法中的一種或多種聯(lián)合、并在脫毒過(guò)程中增加使用大孔樹(shù)脂的處理工序的脫除木質(zhì)纖維水解物中對(duì)微生物生長(zhǎng)抑制物的方法。用本方法脫毒之后，不需另外經(jīng)過(guò)特別復(fù)雜的精制過(guò)程，只按使用要求濃縮，就能使微生物很好地利用水解物中高濃度的糖類，并生成高濃度的產(chǎn)物。本發(fā)明的方法特別適用于用稀硫酸、鹽酸或其混合物等稀酸溶液加熱水解木質(zhì)纖維材料形成的富含木糖的糖漿的脫除微生物生長(zhǎng)抑制物工藝，且經(jīng)本發(fā)明方法處理后的上述溶液，特別適合用于發(fā)酵生成乙醇、木糖醇、乳酸、多糖等微生物的代謝物，也包括以獲取微生物菌體為目的的培養(yǎng)過(guò)程。
文檔編號(hào)B01D15/02GK1415763SQ0213383
公開(kāi)日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2002年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
發(fā)明者張厚瑞, 何成新, 曾健智, 蔡愛(ài)華 申請(qǐng)人:廣西壯族自治區(qū)中國(guó)科學(xué)院廣西植物研究所