一種由菌糠獲取可轉化底物的方法
2023-05-28 11:57:16
專利名稱：一種由菌糠獲取可轉化底物的方法
技術領域：
本發明涉及一種獲取可轉化底物的技術，具體地說是利用食、藥用菌菌糠(食、藥用菌栽培之後剩餘的下腳料)來獲取可轉化底物的方法。
背景技術：
菌糠是栽培食、藥用菌之後剩下的下腳料，其主要原料是農作物的秸稈。農作物秸稈栽培食藥用菌之後，其中的纖維素的利用率很低，
一般只有20~30%。大部分食藥用菌屬於白腐菌或者褐腐菌，它們具
有破壞木質纖維素網絡結構、降解木質素和解聚纖維素的作用。因此,農作物秸稈栽培食藥用菌後，纖維素殘留較多。
我國食藥用菌菌糠產量巨大，目前利用菌糠生產伺料、單細胞蛋白、提取SOD等方面的研究已有先例，但是菌糠的整體利用度及所獲得的產品附加值都比較低，而針對菌糠中木質纖維素的特性把它用於高附加值可轉化底物生產的研究卻未見報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種新的獲取可轉化底物的方法。為實現上述目的，本發明以菌糠為原料，通過如下步驟獲取可轉化底物
(1) 稀鹼預處理通過稀鹼處理菌糠，去除掉菌糠中的木質素，釋放纖維素；
(2) 纖維素酶解通過纖維素酶處理，使纖維素水解成可轉化底物。
其技術原理在於，利用木質纖維素基質栽培食、藥用菌時，食、藥用菌可以有效破壞木質纖維素的網絡結構，降解木質素，解聚纖維素的作用，對出菇後形成的菌糠再通過稀鹼預處理進一步去除菌糠中木質素，有效釋放纖維素，最後通過纖維素酶的水解實現菌糠中可發酵底物釋放的最大化。具體步驟包括稀鹼預處理和纖維素酶解兩個步驟。
其中，菌糠是指栽培食、藥用菌之後剩餘的下腳料，其食、藥用菌種類包括但不限於香菇、平菇、真姬菇、金針菇、杏鮑菇、雙孢蘑菇、草菇、茶薪菇、鳳尾菇、木耳、灰樹花、雞腿菇、銀耳、白靈菇、靈芝、裂褶菌、紫金蘑、雲芝、樟芝。
其中，釆用的稀鹼可以是NaOH溶液、KOH溶液、Ca(OH)2溶液、Mg(OH)2溶液或氨水中的 一種或它們任意多種的混合溶液。
其中菌糠稀鹼預處理可釆用如下方法進行鹼液初濃度為0.01 ~2 mol/L, 11202初濃度為0~5%,菌糠固液比(菌糠質量水質量，下同)為l: 10 100，鹼處理溫度為20~ 100°C,鹼處理時間為0.25-72 h。優化的工藝為鹼液濃度為0.02~lmol/L, 11202的濃度為0.5 ~2%,菌糠固液比為1: 20~80,鹼處理溫度為25~50°C,鹼處理時間為36 60h。更優的工藝為鹼液濃度為0.04mol/L， &02的濃度為1%,菌糠固液比為l: 50，鹼處理溫度為3(TC，鹼處理時間為48h。
菌糠經稀鹼處理後其殘渣需用酸液或水進行清洗至中性，之後可通過烘乾粉碎備用，也可直接進行下步工藝。
鹼處理後菌糠酶解工藝為固液比(預處理菌糠質量水質量，下同)為l: 10-100,酶用量為5-50 IU/g,酶解溫度為45 ~ 55°C ,酶解時間為36 72h。優化的酶解工藝為固液比為1: 20-80，酶用量為10 30IU/g,酶解溫度為45~50°C,酶解時間為45 54h。更優的酶解工藝為固液比為l: 50,酶用量為20IU/g，酶解溫度為48。C，酶解時間為48 h。
在上述預處理與酶解工藝條件下獲得的可轉化底物包括生物煉製底物和生物燃油底物，具體的包括木質纖維素轉化殘渣以及戊糖、己糖、酸、酮及有機酸。木質纖維素轉化殘渣是指稀鹼處理之後的固體殘留物。
本發明的優點在於
(1) 釆用菌糠作為原料來製備可轉化底物。由於食藥用菌生長
過程中能夠破壞木質纖維素的網絡結構，降解木質素，解聚纖維素，其結構特徵有利於纖維素酶酶解獲得可轉化底物。
(2) 釆用溫和理化預處理及酶解糖化工藝獲得可轉化底物提高
菌糠的資源化價值，降低能耗與成本。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。
實施例1利用平菇菌糠獲取可轉化底物製備工藝
將平菇菌糠風乾之後碾碎進行鹼處理。鹼處理的條件為釆用0.04mol/L的NaOH溶液，菌糠與鹼液的固液比為1:50， 11202濃度為1%，鹼處理溫度為3(TC，鹼處理時間為24h。鹼處理後纖維素含量顯著升高，從35.5%上升到46.6%,木質素含量顯著下降，從24.1%下降到11.6%,木質纖維素網絡結構被嚴重破壞。鹼處理造成菌糠質量損失27.9%,損失的主要物質為木質素及可溶性物質。鹼處理後的菌糠樣品用稀硫酸中和後離心過濾，濾渣於IO(TC烘乾後用於纖維素酶酶解糖化。所用纖維素酶由裡氏木黴發酵產生，糖化條件為纖維素酶用量為20IU/g菌糠，固液比為1:50,酶解溫度為48。C，酶解時間為54h。
1噸平菇菌糠經過鹼處理與酶解糖化可以獲得426 kg的還原糖(可轉化底物)。
實施例2利用杏鮑菇菌糠獲取可轉化底物製備工藝
將杏鮑菇菌糠，風乾之後碾碎進行鹼處理。鹼處理的條件為釆用0.1 mol/L的NaOH溶液，菌糠與鹼液的固液比為1:20, 11202濃度為2%，鹼處理溫度為IOO'C,鹼處理時間為0.75h。鹼處理後纖維素含量顯著升高，從33.5%提高至54.9%;半纖維素也被濃縮，含量從22.7%提高到36.2%;木質素被嚴重破壞，含量顯著下降，從14.3%下降到4.8%。鹼處理後的菌糠樣品用自來水衝洗至中性後濾渣於IO(TC烘乾，用於纖維素酶酶解糖化。所用纖維素酶由裡氏木黴發酵產生，糖化條件為纖維素酶用量為30 IU/g菌糠，固液比為1:50，酶解溫度為48°C,酶解時間為96 h。
1 口屯杏鮑菇菌糠經過鹼處理及酶解糖化可獲得487kg還原糖(可
轉化底物)。
實施例3利用M菇菌糠獲取可轉化底物製備工藝
將金針菇菌糠，風乾之後粉碎進行鹼處理。鹼處理條件為釆用0.2 mol/L的NaOH溶液，菌糠與鹼液的固液比為1:20，鹼處理溫度為10(TC，鹼處理時間為0.5h。鹼處理後纖維素含量顯著升高，從31.5。/。上升到53.2%，木質素含量顯著下降，從24.1%下降到5.6%。鹼處理
後的菌糠樣品用自來水洗至中性後直接用於纖維素酶酶解糖化。所用纖維素酶由裡氏木黴發酵產生，糖化的條件如下纖維素酶用量為10
IU/g菌糠，固液比為1:50，酶解溫度為48t:，酶解時間為72h。
1噸金針菇菌糠經鹼處理及酶解糖化可以獲得465 kg還原糖(可轉化底物)。
實施例4利用草菇菌糠獲取可轉化底物製備工藝
將草薪菌糠，風乾之後粉碎進行鹼處理。鹼處理條件為釆用0.1mol/L的NaOH溶液，菌糠與鹼液的固液比為1:40,鹼處理溫度為80°C ,鹼處理時間為2 h。鹼處理後菌種中纖維素含量顯著升高，從29.8%上升到48.2%,木質素含量顯著下降，從18.9%下降到8.7°/。。鹼處理後的菌糠樣品用自來水洗至中性後直接用於纖維素酶酶解糖化，所用纖維素酶由裡氏木黴發酵產生，糖化的條件為纖維素酶用量為15IU/g菌糠，固液比為1:40,酶解溫度為48。C,酶解時間為56h。
1噸草菇菌糠經鹼處理及酶解糖化可以獲得402kg還原糖(可轉
7化底物)。
實施例5利用香菇菌糠獲取可轉化底物製備工藝
將香菇菌糠，風乾之後粉碎進行鹼處理。鹼處理條件為採用lmol/L的NaOH溶液，菌糠與鹼液的固液比為1:25，鹼處理溫度為IO(TC，鹼處理時間為3h。鹼處理後菌種中纖維素含量顯著升高，從35.6%上升到57.9%，木質素含量顯著下降，從16.7%下降到6.5%。鹼處理後的菌糠樣品用稀硫酸洗至中性後直接用於纖維素酶酶解糖化，所用纖維素酶由裡氏木黴發酵產生，糖化的條件為纖維素酶用量為30IU/g菌糠，固液比為1:30，酶解溫度為50°C，酶解時間為72h。
1噸香菇菌糠經鹼處理及酶解糖化可以獲得485kg還原糖(可轉化底物)。
實施例6利用靈芝菌糠獲取可轉化底物製備工藝
將靈芝菌糠，風乾之後粉碎進行鹼處理。鹼處理條件為採用0.5mol/L的NaOH溶液，菌糠與鹼液的固液比為l:50，鹼處理溫度為100°C ,鹼處理時間為3 h。鹼處理後菌種中纖維素含量顯著升高，從34.3%上升到45.6%,木質素含量顯著下降，從23.7%下降到10.8%。鹼處理後的菌糠樣品用自來水洗至中性後直接用於纖維素酶酶解糖化，糖化的條件為纖維素酶用量為20 IU/g菌糠，固液比為1:50，酶解溫度為48°C，酶解時間為56 h。
1噸靈芝菌糠經鹼處理及酶解糖化可以獲得413kg還原糖(可轉化底物)。
權利要求
1、一種利用菌糠獲取可轉化底物的方法，其包括如下步驟1)稀鹼預處理通過稀鹼處理菌糠，去除掉菌糠中的木質素，釋放纖維素；2)纖維素酶解通過纖維素酶處理，使纖維素水解成可轉化底物。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述稀鹼選自NaOH 溶液、KOH溶液、Ca(OH)2溶液、Mg(OH)2溶液或氨水中的一種或它 們任意多種的混合溶液。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述菌糠為香菇、 平菇、真姬菇、金針菇、杏鮑菇、雙孢蘑菇、草菇、茶薪菇、鳳尾菇、 木耳、灰樹花、雞腿菇、銀耳、白靈菇、靈芝、裂褶菌、紫金蘑、雲 芝或樟芝的菌糠。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟1)稀鹼預 處理方法是鹼液初濃度為0.01-2 mol/L， 1^202的濃度為0~5%, 菌糠固液比為1: 10-100,鹼處理溫度為20~100°C,鹼處理時間為 0.25 ~ 72 h。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟l)稀鹼 預處理方法是鹼液初濃度為0.02 ~ 1 mol/L， H202的濃度為0.5 ~ 2%, 菌糠固液比為1: 20~80,鹼處理溫度為25~50°C,鹼處理時間為36 ~ 60 h。
6、 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述所述步驟l)稀 鹼預處理鹼液初濃度為0.04 mol/L， &02的濃度為1%,菌糠固液 比為1: 50，鹼處理溫度為3(TC，鹼處理時間為48h。
7、 根據權利要求1~6任一項所述的方法，其特徵在於鹼預處理 後殘渣利用酸液或水進行清洗至中性後再進行酶解。
8、 根據權利要求1 6任一項所述的方法，其特徵在於，所述步驟2)酶解方法是固液比為1: 10~100,酶用量為5 ~ 50 IU/g,酶解 溫度為45 55'C，酶解時間為36 72h。
9、 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟2)酶解 方法是固液比為1: 20 80，酶用量為10~30IU/g，酶解溫度為45 5(TC,酶解時間為45 54h。更優的酶解方法為固液比為l: 50, 酶用量為20IU/g,酶解溫度為48'C，酶解時間為48h。
10、 根據權利要求1~6任一項所述的方法，其特徵在於，所述 可轉化底物包括木質纖維素轉化殘渣以及戊糖、己糖、醛、酮及有機 酸。
全文摘要
本發明提供了一種利用菌糠獲取可轉化底物的方法，包括稀鹼預處理和纖維素酶糖化兩個步驟。本發明方法以出完菇的菌糠為原料，通過兩步工藝將食藥用菌生產的廢料變廢為寶，不但提高了食藥用菌生產的經濟效益，而且為生物煉製找到了一種新原料。本發明方法流程簡單，試劑簡單，費用低廉，適合推廣應用。
文檔編號C12P19/14GK101591688SQ200910086798
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者餘洪波, 張曉昱, 徐春燕, 鄔建國 申請人:華中科技大學