利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法，其步驟為：毛竹研磨成粉烘干，過篩，對竹粉進行有機抽提，抽提后的竹粉經去離子水清洗、自然風干后定為原竹粉，作為對照樣；再經過先高溫處理，后微波處理的工藝。經過高溫與微波共同處理的竹粉表面的酶附著位點增加且竹粉內部分子結構有所改變，這就使生物酶可以更好的與竹粉接觸并更易進入竹粉內部，生物酶水解竹粉效率提高，酶用量減少，成本降低。
【專利說明】
利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及生物酶對竹粉的水解，具體為利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法。屬于生物酶水解木質纖維素領域?！颈尘凹夹g】
[0002]竹子因種植廣泛，生長周期短，可再生能力強等特點而作為一種資源逐漸被人們研究與應用。例如從竹材中獲取的竹纖維具有天然抗菌，防紫外，吸濕快干等優(yōu)點備受人們青睞。目前竹纖維制備方法主要有物理法、化學法、生物法及三種方法互相聯(lián)合。為響應保護環(huán)境的號召，生物酶法成為了制備竹纖維的提倡方法。
[0003]竹材和所有的木質纖維素生物質相同，具有纖維素、半纖維素和木質纖維素三大部分，且這三種主要物質相互間的結構較為復雜。它們互相纏繞的結構導致在使用生物酶水解竹材時，生物酶很難進入竹材內部，水解效率難以得到提高。因此，在生物酶水解竹材之前，采用高溫和微波共同處理竹材，以改變竹材結構，提高生物酶的吸附，增加生物酶水解還原糖的產量。
[0004]高溫熱處理作為一種傳統(tǒng)的處理方法，加熱時采用直接或間接的熱源對容器內的物料進行加熱，加熱的效率主要由加熱源的強度、環(huán)境對流、容器導熱特性和加熱材料的傳導熱的特性決定的。木質纖維素生物質在高溫高壓條件下及水環(huán)境中體積得到一定程度的膨脹，水的沸騰以及高溫高壓條件下產生的水蒸氣，將毛竹的分子內氫鍵斷裂和超分子結構破壞。竹材體積的膨脹及內部結構的改變增加了生物酶的附著位點，生物酶水解效率也就會有相應的提尚。
[0005]微波是一種厘米級的電磁波，又被叫為厘米波，頻率范圍一般為300MHz?300GHz， 一般可以采用2.45GHz進行微波處理，對應的波長為12.25cm。微波加熱是通過與反應體系內的極性分子發(fā)生耦合作用，達到加熱材料的效果，加熱中容器常為玻璃等透波材料，可以形成與傳導加熱相反的溫度梯度。微波預處理的條件相對比較溫和，反應不需要高溫高壓， 常壓下即可進行，相對的安全系數(shù)比較高，能耗比較小。而且不需要添加化學試劑，反應時間相對較短，不需要升壓升溫，節(jié)省了成本。經微波處理后的竹粉結構蓬松，毛竹內的晶質與非晶質(有序及無序)狀態(tài)的分子的氫鍵斷裂，同時毛竹粉末溶脹吸水，毛竹內部的羥基進一步展開，超分子結構被打開，可及度增加，為后續(xù)酶的作用提供了更多的作用位點。
[0006]本發(fā)明充分利用高溫和微波技術各自作用于竹粉時的優(yōu)點，將兩者結合共同處理竹粉，以輔助生物酶水解竹粉，提高生物酶水解竹粉效率。
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的是為了提供一種利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法。以提高生物酶水解竹粉效率，降低竹纖維生產成本。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0009]—種利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法，其步驟為:
[0010](1) 一年生毛竹研磨成粉烘干，過100目篩，用甲苯和乙醇按體積比1:2混合，對竹粉進行有機抽提，抽提后的竹粉經去離子水清洗、自然風干后定為原竹粉，作為對照樣；
[0011](2)高溫處理:將步驟(1)中抽提后的竹粉與去離子水以l:10g/mL的固液比在燒杯中混合，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4 °C冰箱儲存?zhèn)溆茫?br>[0012](3)微波處理:稱取一定量的經步驟(1)和步驟(2)兩步處理的竹粉置于錐形瓶中， 以1:10?1:50g/mL的固液比加入去離子水，使用微波作用l-35min;微波作用完畢后將竹粉取出，冷卻后經去離子水清洗并自然風干，置于_4°C冰箱儲存?zhèn)溆谩〇〇13](4)分別稱取0.05g原竹粉及先高溫后微波處理的竹粉置于容器中，分別加入15U纖維素酶和120U木聚糖酶，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應，每個試驗樣需做三組平行試驗；
[0014](5)分別于011，211，411，611，811，1011，1211，2411取0.311^反應液于離心管中，并經10000r/min的離心機離心5min，置于_4°C冰箱中備用；[〇〇15](6)用移液器取0.2mL離心后的上清液于試管中，加入0.15mLDNS，沸水浴中煮5min，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計測520nm波長下的吸光度值，根據(jù)葡萄糖標準曲線換算為葡萄糖量;對比相同纖維素酶與木聚糖酶共同水解條件下，原竹粉及先高溫后微波處理竹粉生成的還原糖量，并計算酶解效率提高率。[〇〇16]步驟(3)所述的微波處理功率為1?999W。[0〇17]步驟⑶中所述固液比為1:20g/mL。[〇〇18]本發(fā)明的有益效果為:經過高溫與微波共同處理的竹粉表面的酶附著位點增加且竹粉內部分子結構有所改變，這就使生物酶可以更好的與竹粉接觸并更易進入竹粉內部， 生物酶水解竹粉效率提高，酶用量減少，成本降低。纖維素酶與木聚糖酶的同時作用于竹粉時，兩種酶具有協(xié)同作用而使生物酶水解效率更高?！揪唧w實施方式】
[0019]下面結合實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的應用不僅限于實施例描述內容。
[0020]對比例1:空白例
[0021]稱取0.05g原竹粉于50mL具塞錐形瓶中，加入15U纖維素酶與120U木聚糖酶，用pH 為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50°C的恒溫震蕩水浴鍋中反應;分別于Oh，2h，4h， 6h，8h，10h，12h，24h取0.3mL反應液于離心管中，經10000r/min的離心機離心5min后置于-4 °C冰箱中備用；用移液器取0.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計測520nm波長下的吸光度值，經計算反應進行24h生成的還原糖量為29.62yg/mL。[〇〇22] 對比例2:高溫單獨處理[〇〇23]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以l:10(g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4°C冰箱儲存?zhèn)溆?；稱取0.05g經高溫處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U木聚糖酶，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應;分別于Oh，2h，4h，6h，8h，1 Oh，12h，24h 取0.3mL反應液于離心管中，經lOOOOr/min的離心機離心5min后置于_4°C冰箱中備用；用移液器取0.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計測520nm波長下的吸光度值，經計算反應進行24h生成的還原糖量為 33.52yg/mL。[〇〇24]對比例3:微波單獨處理[〇〇25]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以1:20(g/mL)的固液比加入去離子，將燒杯放入超聲波微波電腦聯(lián)合萃取儀(南京先歐儀器制造有限公司)中，使用390W的微波處理23min。微波作用完畢后，將竹粉取出，冷卻經去離子水清洗自然風干，置于-4°C冰箱儲存?zhèn)溆?。稱取 0.05g經微波處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U的木聚糖酶，用 pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50°C的恒溫震蕩水浴鍋中反應；分別于Oh，2h， 4h，6h，8h，10h，12h，24h取0.3mL反應液于離心管中，經10000r/min的離心機離心5min后置于-4°C冰箱中備用；用移液器取0.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min 終止反應，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計測520nm波長下的吸光度值，經計算反應進行24h生成的還原糖量為34.69yg/mL。
[0026]對比例4:先微波后高溫
[0027]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以1:20(g/mL)的固液比加入去離子，將燒杯放入超聲波微波電腦聯(lián)合萃取儀(南京先歐儀器制造有限公司)中，使用390W的微波處理23min。微波作用完畢后，將竹粉取出，冷卻經去離子水清洗自然風干，置于-4°C冰箱儲存?zhèn)溆谩７Q取一定量的經微波處理的竹粉于燒杯中，以1:1 〇 (g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4°C冰箱儲存?zhèn)溆?。稱取0.05g先經微波后經高溫處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U的木聚糖酶，用pH為7.0 的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應;分別于Oh，2h，4h，6h，8h， 10h，12h，24h取0.3mL反應液于離心管中，經lOOOOr/min的離心機離心5min后置于-4°C冰箱中備用；用移液器取〇.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計測520nm波長下的吸光度值，經計算反應進行24h生成的還原糖量為39.95yg/mL。[〇〇28]實施例5先高溫后微波法[〇〇29]稱取0.5g原竹粉于燒杯中，以1:10(g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4 °C冰箱儲存?zhèn)溆?。稱取一定量的經高溫處理的竹粉于燒杯中，以l:20(g/mL)的固液比加入去離子水，將燒杯放入超聲波微波電腦聯(lián)合萃取儀(南京先歐儀器制造有限公司)中，使用390W的微波處理23min。微波作用完畢后，將竹粉取出，冷卻經去離子水清洗自然風干，置于-4°C冰箱儲存?zhèn)溆?。稱取0.05g先經高溫后經微波處理的竹粉于50mL具塞錐形瓶中，并加入15U纖維素酶與120U的木聚糖酶，用pH為 7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50 °C的恒溫震蕩水浴鍋中反應;分別于Oh，2h，4h，6h， 8h，10h，12h，24h取0.3mL反應液于離心管中，經lOOOOr/min的離心機離心5min后置于_4°C 冰箱中備用；用移液器取〇.2mL上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min終止反應，加入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計測520nm波長下的吸光度值，經計算反應進行 24h生成的還原糖量為41.31yg/mL。
[0030]由以上各實施例對比可以看出:
[0031](1)從實施例1和實施例2的數(shù)據(jù)對比可以看出，經過高溫預處理之后的竹粉經纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了 13.17%;[〇〇32](2)從實施例1和實施例3的數(shù)據(jù)對比可以看出，經過微波預處理之后的竹粉經纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了 17.12%;[〇〇33](3)從實施例1和實施例4的數(shù)據(jù)對比可以看出，經過先微波后高溫預處理之后的竹粉經纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了34.88% ;[〇〇34](4)從實施例1和實施例5的數(shù)據(jù)對比可以看出，經過先高溫后微波預處理之后的竹粉經纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量較原竹粉經過纖維素酶與木聚糖酶共同水解生成的還原糖量百分率提高了39.47% ;[〇〇35]以上各實施例的數(shù)據(jù)對比結果表明，高溫單獨預處理，微波單獨預處理，先微波后高溫預處理及先高溫后微波預處理對生物酶(纖纖維素酶+木聚糖酶)水解竹粉均有一定的輔助效果。通過實施例比較可見:先高溫后微波的預處理對生物酶水解有預料不到的技術效果。
【主權項】
1.一種利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法，其特征在于:其步驟為:(1)一年生毛竹研磨成粉烘干，過篩，用甲苯和乙醇按體積比1: 2混合，對竹粉進行有機 抽提，抽提后的竹粉經去離子水清洗、自然風干后定為原竹粉，作為對照樣；(2)高溫處理:將步驟(1)中抽提后的竹粉與去離子水以l:10g/mL的固液比在燒杯中混 合，將燒杯放入120 °C的高壓滅菌鍋中處理30min，取出冷卻放入-4°C冰箱儲存?zhèn)溆茫?3)微波處理:稱取一定量的經步驟(1)和步驟(2)兩步處理的竹粉置于錐形瓶中，以1: 10?l:50g/mL的固液比加入去離子水，使用微波作用l-35min;微波作用完畢后將竹粉取 出，冷卻后經去離子水清洗并自然風干，置于-4°C冰箱儲存?zhèn)溆茫?4)分別稱取0.05g原竹粉及先高溫后微波處理的竹粉置于容器中，分別加入15U纖維 素酶和120U木聚糖酶，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖液定容至15mL，放入50°C的恒溫震蕩水浴鍋 中反應，每個試驗樣需做三組平行試驗；(5)分別于Oh，2h，4h，6h，8h，10h，12h，24h取0.3mL反應液于離心管中，并經 10000r/min 的離心機離心5min，置于-4 °C冰箱中備用；(6)用移液器取0.2mL離心后的上清液于試管中，加入0.15mL DNS，沸水浴中煮5min，加 入2.15mL去離子水，用紫外分光光度計測520nm波長下的吸光度值，根據(jù)葡萄糖標準曲線換 算為葡萄糖量;對比相同纖維素酶與木聚糖酶共同水解條件下，原竹粉及先高溫后微波處 理竹粉生成的還原糖量，并計算酶解效率提高率。2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法， 其特征在于:步驟(3)所述的微波處理功率為1?999W。3.根據(jù)權利要求1所述的一種利用高溫與微波技術共同輔助生物酶水解竹粉的方法， 其特征在于:步驟(3)中所述固液比為1:20g/mL。
【文檔編號】G01N1/28GK105954211SQ201610252036
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】傅佳佳, 杜曉瑩, 張群, 申申, 王鴻博, 高衛(wèi)東
【申請人】江南大學