專利名稱：脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法
技術領域：
本發明屬于生物工程技術領域，涉及一種脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法。
然而，由于木質纖維材料的成分復雜，其水解過程除了生成上述糖類物質外，還生成一系列對微生物生長有抑制作用的物質，主要包括木糖在酸性高溫條件下降解生成的副產物糠醛，乙酰化木聚糖釋放出的醋酸，由木質素降解生成的酚類化合物等。這些物質有的屬于揮發性物，有的則屬于非揮發性物。如不從水解物中除去，它們就會抑制微生物生長，使之不能進行正常的發酵。除去木質纖維水解物中微生物生長抑制物的過程，也有文獻稱之為脫毒。
有研究者將木質纖維材料在水解之前用氨水處理，可以脫去半纖維素的乙酰基，減少水解物中的醋酸濃度，有效改善水解物的發酵性能。但是，處理體積龐大的原料耗費大量的氨水，回收利用則成本太高，直接排放則帶來嚴重的環境污染問題，工業上難有實用價值。
大多數研究者都是先將木質纖維材料水解之后，再設法除去水解物中的微生物生長抑制物，因為相對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抑制物的方法主要有真空蒸發、石灰水沉淀、有機溶劑萃取、離子交換樹脂處理和活性炭吸附等措施。
然而，真空蒸發在提高水解物中糖類成分濃度的同時，雖然可除去大部分糠醛、醋酸及某些揮發性有毒成分，但同時提高了水解物中非揮發性微生物生長抑制物的濃度，當這種非揮發性抑制物提高到一定濃度之后，微生物細胞根本無法正常生長。所以，單純依靠蒸發濃縮并不能完全解決從木質纖維水解物中充分去除微生物生長抑制物的問題。
用過量的石灰將水解物調節至pH10，可有效除去酚類化合物，顯著改善水解物的發酵性能。但過量石灰造成的堿性條件會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，脫毒效果也難于達到要求。
雖然，有機溶劑萃取也是脫除水解物中微生物生長抑制的一種有效方法，然而，用有機溶劑萃取方法來除去水解物中的微生物生長抑制物，不僅成本較高，而且操作上也不甚安全。
用離子交換樹脂處理木質水解物，只能除去離子態的微生物生長抑制物，而對非離子態的抑制物無效，所以單純以離子交換樹脂處理后的水解物如果濃縮倍數較高，則微生物也不能生長。另外，由于木質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脂處理水解物的能力。離子交換樹脂再生過程產生較多廢水，處理也不方便。
活性炭吸附可除去某些由木質素降解生成的微生物生長抑制物，改善水解物的發酵性能。但單純用活性炭處理的水解物，殘余的非揮發性毒物濃度仍然較高，仍難于制備符合要求的微生物發酵基質。
上述從木質纖維水解物中脫除微生物生長抑制物的方法，都是目前常用的技術，它既可以是使用單一方法，也可以是多種方法聯合使用。但即使聯合使用多種方法處理過的水解物，如果將糖濃度蒸發濃縮提高到100g/L以上，微生物生長也會受到明顯的抑制，不能滿足需要更高濃度底物的發酵要求。造成這一現象的一個原因是，水解物中由木質素降解生成的非揮發性微生物生長抑制物未能有效除去。
在具體實施本發明時，采用現有脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物方法中的一種，或聯合采用多種方法處理木質纖維材料稀的水解液，在此過程中增加使用大孔樹脂的處理工序，如讓木質纖維水解液流經裝有大孔樹脂的層析柱，或將大孔樹脂浸泡于水解液中，大孔樹脂即可吸附脫除水解物中的非揮發性微生物生長抑制物。這種水解產物按要求濃縮之后，即可用于微生物發酵制備目標產物。
由于木質纖維水解物中的非揮發性微生物生長抑制物，主要是由木質素降解生成的酚類化合物，因而此類物質能被極性大孔樹脂有效吸附，并且使木質纖維水解液呈酸性時，其吸附的效果更好。
本發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抑制物工藝，且經本發明方法處理后的上述溶液，特別適合用于發酵生成乙醇、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過程。
用苯乙烯共聚的大孔吸附樹脂吸附處理木質纖維水解物后，能除去水解物中對微生物生長與代謝有抑制作用的物質，改善水解物的發酵性能，有效提高微生物發酵的細胞產量、發酵產物的生成速率和發酵產物對底物的轉化率。這種除去微生物生長抑制物的富含木糖的水解物，特別適用于發酵生成乙醇、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纖維水解物中的非揮發性微生物生長抑制物，所以采用本方法處理之后，不需另外經過特別復雜的精制過程，只需按使用要求濃縮(濃縮過程同時除去水解物中揮發性微生物生長抑制物)，就能使微生物很好地利用水解物中高濃度的糖類，并生成高濃度的產物。
另一份80℃保溫2小時，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，抽濾除去活性炭，真空濃縮至木糖含量約220g/L，作為常規方法紫外比較檢測檢測用的水解物，記作AC。
(4)將MR與AC同時配制成0.025％的水溶液，用北京瑞利分析儀器公司生產的，uv-110紫外分光光度計，進行200-500nm范圍紫外掃描。
如

圖1所示紫外光譜分析表明，兩個樣品的水溶液在285nm，300nm處各有一很強吸收峰，并且在290-320nm處均有較寬的吸收帶。比較兩種處理的圖譜結果可以看出，大孔樹脂處理后的紫外吸收物含量，顯著低于活性碳處理。
上述實施例中的大孔樹脂，也可以是非大孔樹脂，但使用極性大孔樹脂效果更好。
實例2(1)按實施例1，制備出本發明的水解物MR與常規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48小時，檢測培養基內的細胞密度。
如圖2所示結果表明，在本實驗所用的所有木糖濃度下，采用本發明處理過的水解物，酵母細胞密度明顯高于常規活性碳處理。將木糖濃度提高到210g/L，常規活性碳處理的基質中酵母細胞已經基本停止生長，而本發明大孔樹脂處理的基質中，酵母細胞密度比活性碳處理木糖濃度105g/L時還要高。即本發明的方法，要比活性碳更有效地改善基質的微生物細胞培養性能。(其中細胞密度用721分光光度計于620nm處測定吸光度，經標準曲線換算出細胞干重)實例3按實施例1，分別制備本發明處理的蔗渣水解物，同用常規活性碳吸附作為對照，分別配制成含木糖200g/L的水解物培養基，接入熱帶假絲酵母AS2.1776，27℃，200轉/分，搖瓶培養110小時。
結果，由本發明制備的水解物培養基生成木糖醇127g/L，而常規活性碳處理的水解物培養基酵母細胞不能長，也不產生木糖醇。即用本發明制備的水解物培養基，不僅顯著改善微生物的細胞生長性能，也有效提高微生物的產物發酵活性。
上述實施例中木糖、木糖醇檢測是用HPLC法，water510泵，410示差析光檢測器；Bensou，BC-100，Ca+2柱；流動相，超純水，柱溫90℃，流速0.4ml/min。
權利要求
1.脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于采用了大孔樹脂作吸附載體的脫除工藝。
2.根據權利要求1所述的脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于所述大孔樹脂是極性大孔樹脂，所述木質纖維水解物呈酸性。
3.根據權利要求1或2所述的脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于所述木質纖維水解物是指以木質纖維材料加稀酸水解形成的富含木糖的糖漿。
4.根據權利要求3所述的脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于所述稀酸是鹽酸、硫酸或它們的混合物。
5.根據權利要求1或2所述的脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于所述木質纖維水解物是用以生成乙醇和木糖醇的底物。
6.根據權利要求3所述的脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于所述木質纖維水解物是用以生成乙醇和木糖醇的底物。
7.根據權利要求4所述的脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于所述木質纖維水解物是用以生成乙醇和木糖醇的底物。
8.根據權利要求1或2所述的脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，其特征在于所述吸附工藝是采用以木質纖維水解物流經大孔樹脂層吸柱的動態吸附。
全文摘要
本發明涉及一種脫除木質纖維水解物中微生物生長抑制物的方法，是將木質纖維材料的水解液，用現有脫毒方法中的一種或多種聯合、并在脫毒過程中增加使用大孔樹脂的處理工序的脫除木質纖維水解物中對微生物生長抑制物的方法。用本方法脫毒之后，不需另外經過特別復雜的精制過程，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，并生成高濃度的產物。本發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纖維材料形成的富含木糖的糖漿的脫除微生物生長抑制物工藝，且經本發明方法處理后的上述溶液，特別適合用于發酵生成乙醇、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過程。
文檔編號B01D15/02GK1415763SQ0213383
公開日2003年5月7日 申請日期2002年9月23日 優先權日2002年9月23日
發明者張厚瑞, 何成新, 曾健智, 蔡愛華 申請人:廣西壯族自治區中國科學院廣西植物研究所