專利名稱：一種由菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種獲取可轉(zhuǎn)化底物的技術(shù)，具體地說是利用食、藥用菌菌糠(食、藥用菌栽培之后剩余的下腳料)來獲取可轉(zhuǎn)化底物的方法。
背景技術(shù)：
菌糠是栽培食、藥用菌之后剩下的下腳料，其主要原料是農(nóng)作物的秸稈。農(nóng)作物秸稈栽培食藥用菌之后，其中的纖維素的利用率很低，
一般只有20~30%。大部分食藥用菌屬于白腐菌或者褐腐菌，它們具
有破壞木質(zhì)纖維素網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、降解木質(zhì)素和解聚纖維素的作用。因此,農(nóng)作物秸稈栽培食藥用菌后，纖維素殘留較多。
我國食藥用菌菌糠產(chǎn)量巨大，目前利用菌糠生產(chǎn)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(chǎn)品附加值都比較低，而針對菌糠中木質(zhì)纖維素的特性把它用于高附加值可轉(zhuǎn)化底物生產(chǎn)的研究卻未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的獲取可轉(zhuǎn)化底物的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明以菌糠為原料，通過如下步驟獲取可轉(zhuǎn)化底物
(1) 稀堿預處理通過稀堿處理菌糠，去除掉菌糠中的木質(zhì)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(zhuǎn)化底物。
其技術(shù)原理在于，利用木質(zhì)纖維素基質(zhì)栽培食、藥用菌時，食、藥用菌可以有效破壞木質(zhì)纖維素的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，降解木質(zhì)素，解聚纖維素的作用，對出菇后形成的菌糠再通過稀堿預處理進一步去除菌糠中木質(zhì)素，有效釋放纖維素，最后通過纖維素酶的水解實現(xiàn)菌糠中可發(fā)酵底物釋放的最大化。具體步驟包括稀堿預處理和纖維素酶解兩個步驟。
其中，菌糠是指栽培食、藥用菌之后剩余的下腳料，其食、藥用菌種類包括但不限于香菇、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、云芝、樟芝。
其中，釆用的稀堿可以是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?nèi)我舛喾N的混合溶液。
其中菌糠稀堿預處理可釆用如下方法進行堿液初濃度為0.01 ~2 mol/L, 11202初濃度為0~5%,菌糠固液比(菌糠質(zhì)量水質(zhì)量，下同)為l: 10 100，堿處理溫度為20~ 100°C,堿處理時間為0.25-72 h。優(yōu)化的工藝為堿液濃度為0.02~lmol/L, 11202的濃度為0.5 ~2%,菌糠固液比為1: 20~80,堿處理溫度為25~50°C,堿處理時間為36 60h。更優(yōu)的工藝為堿液濃度為0.04mol/L， &02的濃度為1%,菌糠固液比為l: 50，堿處理溫度為3(TC，堿處理時間為48h。
菌糠經(jīng)稀堿處理后其殘渣需用酸液或水進行清洗至中性，之后可通過烘干粉碎備用，也可直接進行下步工藝。
堿處理后菌糠酶解工藝為固液比(預處理菌糠質(zhì)量水質(zhì)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(yōu)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(yōu)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(zhuǎn)化底物包括生物煉制底物和生物燃油底物，具體的包括木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化殘渣以及戊糖、己糖、酸、酮及有機酸。木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化殘渣是指稀堿處理之后的固體殘留物。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1) 釆用菌糠作為原料來制備可轉(zhuǎn)化底物。由于食藥用菌生長
過程中能夠破壞木質(zhì)纖維素的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，降解木質(zhì)素，解聚纖維素，其結(jié)構(gòu)特征有利于纖維素酶酶解獲得可轉(zhuǎn)化底物。
(2) 釆用溫和理化預處理及酶解糖化工藝獲得可轉(zhuǎn)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(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實施例1利用平菇菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物制備工藝
將平菇菌糠風干之后碾碎進行堿處理。堿處理的條件為釆用0.04mol/L的NaOH溶液，菌糠與堿液的固液比為1:50， 11202濃度為1%，堿處理溫度為3(TC，堿處理時間為24h。堿處理后纖維素含量顯著升高，從35.5%上升到46.6%,木質(zhì)素含量顯著下降，從24.1%下降到11.6%,木質(zhì)纖維素網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)被嚴重破壞。堿處理造成菌糠質(zhì)量損失27.9%,損失的主要物質(zhì)為木質(zhì)素及可溶性物質(zhì)。堿處理后的菌糠樣品用稀硫酸中和后離心過濾，濾渣于IO(TC烘干后用于纖維素酶酶解糖化。所用纖維素酶由里氏木霉發(fā)酵產(chǎn)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(jīng)過堿處理與酶解糖化可以獲得426 kg的還原糖(可轉(zhuǎn)化底物)。
實施例2利用杏鮑菇菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物制備工藝
將杏鮑菇菌糠，風干之后碾碎進行堿處理。堿處理的條件為釆用0.1 mol/L的NaOH溶液，菌糠與堿液的固液比為1:20, 11202濃度為2%，堿處理溫度為IOO'C,堿處理時間為0.75h。堿處理后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(zhì)素被嚴重破壞，含量顯著下降，從14.3%下降到4.8%。堿處理后的菌糠樣品用自來水沖洗至中性后濾渣于IO(TC烘干，用于纖維素酶酶解糖化。所用纖維素酶由里氏木霉發(fā)酵產(chǎn)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(jīng)過堿處理及酶解糖化可獲得487kg還原糖(可
轉(zhuǎn)化底物)。
實施例3利用M菇菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物制備工藝
將金針菇菌糠，風干之后粉碎進行堿處理。堿處理條件為釆用0.2 mol/L的NaOH溶液，菌糠與堿液的固液比為1:20，堿處理溫度為10(TC，堿處理時間為0.5h。堿處理后纖維素含量顯著升高，從31.5。/。上升到53.2%，木質(zhì)素含量顯著下降，從24.1%下降到5.6%。堿處理
后的菌糠樣品用自來水洗至中性后直接用于纖維素酶酶解糖化。所用纖維素酶由里氏木霉發(fā)酵產(chǎn)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(jīng)堿處理及酶解糖化可以獲得465 kg還原糖(可轉(zhuǎn)化底物)。
實施例4利用草菇菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物制備工藝
將草薪菌糠，風干之后粉碎進行堿處理。堿處理條件為釆用0.1mol/L的NaOH溶液，菌糠與堿液的固液比為1:40,堿處理溫度為80°C ,堿處理時間為2 h。堿處理后菌種中纖維素含量顯著升高，從29.8%上升到48.2%,木質(zhì)素含量顯著下降，從18.9%下降到8.7°/。。堿處理后的菌糠樣品用自來水洗至中性后直接用于纖維素酶酶解糖化，所用纖維素酶由里氏木霉發(fā)酵產(chǎn)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(jīng)堿處理及酶解糖化可以獲得402kg還原糖(可轉(zhuǎn)
7化底物)。
實施例5利用香菇菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物制備工藝
將香菇菌糠，風干之后粉碎進行堿處理。堿處理條件為采用lmol/L的NaOH溶液，菌糠與堿液的固液比為1:25，堿處理溫度為IO(TC，堿處理時間為3h。堿處理后菌種中纖維素含量顯著升高，從35.6%上升到57.9%，木質(zhì)素含量顯著下降，從16.7%下降到6.5%。堿處理后的菌糠樣品用稀硫酸洗至中性后直接用于纖維素酶酶解糖化，所用纖維素酶由里氏木霉發(fā)酵產(chǎn)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(jīng)堿處理及酶解糖化可以獲得485kg還原糖(可轉(zhuǎn)化底物)。
實施例6利用靈芝菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物制備工藝
將靈芝菌糠，風干之后粉碎進行堿處理。堿處理條件為采用0.5mol/L的NaOH溶液，菌糠與堿液的固液比為l:50，堿處理溫度為100°C ,堿處理時間為3 h。堿處理后菌種中纖維素含量顯著升高，從34.3%上升到45.6%,木質(zhì)素含量顯著下降，從23.7%下降到10.8%。堿處理后的菌糠樣品用自來水洗至中性后直接用于纖維素酶酶解糖化，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(jīng)堿處理及酶解糖化可以獲得413kg還原糖(可轉(zhuǎn)化底物)。
權(quán)利要求
1、一種利用菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物的方法，其包括如下步驟1)稀堿預處理通過稀堿處理菌糠，去除掉菌糠中的木質(zhì)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(zhuǎn)化底物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述稀堿選自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?nèi)我舛喾N的混合溶液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述菌糠為香菇、 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、云 芝或樟芝的菌糠。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟1)稀堿預 處理方法是堿液初濃度為0.01-2 mol/L， 1^202的濃度為0~5%, 菌糠固液比為1: 10-100,堿處理溫度為20~100°C,堿處理時間為 0.25 ~ 72 h。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟l)稀堿 預處理方法是堿液初濃度為0.02 ~ 1 mol/L， H202的濃度為0.5 ~ 2%, 菌糠固液比為1: 20~80,堿處理溫度為25~50°C,堿處理時間為36 ~ 60 h。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述所述步驟l)稀 堿預處理堿液初濃度為0.04 mol/L， &02的濃度為1%,菌糠固液 比為1: 50，堿處理溫度為3(TC，堿處理時間為48h。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的方法，其特征在于堿預處理 后殘渣利用酸液或水進行清洗至中性后再進行酶解。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，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(yōu)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(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的方法，其特征在于，所述 可轉(zhuǎn)化底物包括木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化殘渣以及戊糖、己糖、醛、酮及有機 酸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用菌糠獲取可轉(zhuǎn)化底物的方法，包括稀堿預處理和纖維素酶糖化兩個步驟。本發(fā)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(chǎn)的廢料變廢為寶，不但提高了食藥用菌生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，而且為生物煉制找到了一種新原料。本發(fā)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(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者余洪波, 張曉昱, 徐春燕, 鄔建國 申請人:華中科技大學