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木质纤维素的酶水解、酶吸附及酶回收研究

木质纤维素的酶水解、酶吸附及酶回收研究

作者：袁也南京理工大学

学位级别：硕士

木质纤维素生物炼制在保障能源安全、保护环境和促进社会的可持续发展等方面具有非常重要的意义。然而,生物炼制过程中木质纤维素难降解性导致的高酶用量使得整个成本过高,阻碍了生物炼制的大规模工业化。酶水解会受到木质纤维素中的木... 详细信息

木质纤维素生物炼制在保障能源安全、保护环境和促进社会的可持续发展等方面具有非常重要的意义。然而,生物炼制过程中木质纤维素难降解性导致的高酶用量使得整个成本过高,阻碍了生物炼制的大规模工业化。酶水解会受到木质纤维素中的木质素以及预处理后酚类物质的影响。本研究主要考察了木质素和预处理产生的酚类抑制物对酶水解过程的影响,以及它们与酶的相互作用关系,并基于吸附研究,在稀碱、稀酸预处理的玉米秸秆上开发了一种通过回收未水解的残余固体回收酶的策略,降低了酶的使用量。本文主要研究工作包括:（1）对稀碱预处理、稀酸预处理的玉米秸秆进行过度酶解,分离出酶解木质素,测定了总纤维素酶及纤维二糖水解酶I（Cellobiohydrolase I,CBHI）和内切葡聚糖酶（Endoglucanase I,EGI）在木质素上的吸附,还测定了木质素对Avicel酶解的影响。研究了不同pH值、不同离子强度和不同尿素浓度下纤维素酶在木质素上的吸附情况。研究发现,整体上,稀酸预处理木质素对酶的吸附量高于稀碱预处理木质素。总纤维素酶在稀酸预处理木质素和稀碱预处理木质素上的最大吸附量分别为19.90 mg protein/g lignin和10.09 mg protein/g lignin。稀酸预处理木质素和稀碱预处理木质素对Avicel的水解均无明显影响。增大pH值、离子强度和尿素浓度均会使得纤维素酶在木质素上的吸附量减少。（2）研究了Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、无定形纤维素的酶水解、酶吸附和酚类抑制物对它们水解的抑制作用,并进一步探究了纤维素结晶度与酚类抑制物对水解抑制程度的关系。最后,研究了酚类抑制物对核心酶活力的影响以及对纤维素酶的沉淀作用。研究发现I型、II型、III型、无定形纤维素在72 h时的转化率分别为80.2%、84.0%、93.3%和100.0%,越容易水解的纤维素受到酚类抑制物的抑制程度越低。当用于处理纤维素的磷酸浓度从0%增大至84%时,所得纤维素72 h水解转化率从71.8%增大至100.0%,受到抑制程度从62.2%降低至4.8%,结晶度越低的纤维素受酚类抑制物的抑制程度越小。酚类抑制物降低了纤维素酶的CBH、EG、βG酶活力,并且也会使得纤维素酶发生沉淀。当香草醛浓度为10 g/L时,CBH的酶活力降低了57.4%,在72 h时几乎完全沉淀,其酶活力的降低和沉淀程度均比EG、βG更高。（3）对玉米秸秆进行稀碱、稀酸预处理并且研究了它们的酶水解和酶吸附特性,并且根据它们的吸附特性,开发了通过回收快速酶解后的固体并加入下一轮水解体系的酶回收技术。稀碱、稀酸预处理的玉米秸秆的酶水解均在前24 h内释放了大部分的可发酵糖,24 h后的糖转化率增加得很少。其中稀碱预处理的玉米秸秆水解24 h时的葡萄糖和木糖转化率分别为76.4%和56.0%,酶吸附量为39.5%。稀酸预处理的玉米秸秆水解24 h时的葡萄糖转化率为69.5%,酶吸附量约为54.9%。酶回收将每一轮的酶水解时间缩短为24 h,在不降低每一轮的糖浓度的情况下,分别降低了稀碱预处理玉米秸秆、稀酸预处理玉米秸秆40%和50%的酶用量。

关键词：木质纤维素木质素酚类抑制物酶水解酶吸附酶回收

利用QCM研究木质素结构对纤维素酶吸附和酶水解的影响

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利用QCM研究木质素结构对纤维素酶吸附和酶水解的影响

作者：曹婷月南京林业大学

学位级别：硕士

木质素对木质纤维原料酶水解具有抑制作用,从而降低了酶水解的效率。木质素对酶水解的影响不仅仅表现在简单的空间阻碍作用,木质素分子的化学构造也对酶水解的效果产生重要影响。本课题以具有不同木质素结构单元的马尾松、麦草和杨木为... 详细信息

木质素对木质纤维原料酶水解具有抑制作用,从而降低了酶水解的效率。木质素对酶水解的影响不仅仅表现在简单的空间阻碍作用,木质素分子的化学构造也对酶水解的效果产生重要影响。本课题以具有不同木质素结构单元的马尾松、麦草和杨木为原料,参照Bj?rkman法分别从三种原料中分离纯化得到磨木木质素(MWL)。利用化学法和光谱法研究不同原料木质素的结构差异,并借助石英晶体微天平(QCM)在线分析不同结构木质素对酶吸附和底物酶水解的影响。本课题主要研究内容和结果如下:1、马尾松、麦草和杨木MWL的分离及表征:参照Bj?rkman法分离得到的MWL的纯度能达到80%以上,并利用碱性硝基苯氧化(NBO)、红外光谱(IR)、二维核磁共振波谱(2D NMR)和磷谱(P)等常见的分析方法对三种MWL进行结构表征。结果显示,不同原料的木质素,其结构单元有所不同。马尾松木质素结构较为单一,主要由愈创木基(G)结构单元组成,S/G=0;而杨木木质素则由紫丁香基(S)和愈创木基结构单元构成,S/G=1.47;麦草木质素中则存在愈创木基、紫丁香基和对-羟基苯基(H)三种结构单元,S/G=0.50。由碳-氢异核相关波谱(H-C HSQC NMR)分析可知,木质素结构单元间以β-O-4联接为主,还有较少的β-5,β-β和5-5联接结构。尤其是杨木MWL,β-O-4联接占所有联接方式的65.7%,高于麦草和马尾松MWL中β-O-4结构的含量。这是因为杨木MWL中含有更多的紫丁香基单元,这也使得杨木木质素的缩合程度要比麦草和马尾松木质素的缩合程度低。马尾松MWL因为含有更多的G单元,所以β-5联接方式多于麦草和杨木木质素。马尾松木质素中含有少量的阿魏酸(FA),杨木MWL中含有15.8%的对香豆酸(PCA),而麦草中同时含有这两种酚酸。由磷谱分析结果可知,马尾松和麦草MWL中总的羟基含量比杨木MWL中的多,尤其是酚羟基的含量。2、生物传感器的制备与表征:在QCM传感器表面制备一层均匀光滑、全面覆盖基底的薄膜是利用QCM技术的前提和关键。分别以90%二氧六环(v/v)和8%LiCl/DMSO(w/w)为溶剂溶解三种来源的MWL,溶解后的木质素溶液直接旋涂在传感器金片表面。借助原子力显微镜(AFM)进行膜的表征。AFM结果显示,木质素以球状颗粒均匀吸附在金片表面,从而制成了理想的木质素薄膜。与二氧六环溶剂相比,LiCl/DMSO溶剂制成的木质素薄膜表面更加匀整、光滑。而以LiCl/DMSO为溶剂制成的纤维素薄膜表面比木质素膜表面粗糙,制成的纤维素-木质素(Cel/MWL)双组分膜的粗糙度值介于单一木质素膜和纤维素膜之间。LiCl/DMSO溶解下,木质素原料和含量不同的双组分薄膜,表面的粗糙度差异不大。3、木质素结构对内切型纤维素酶EG1吸附的影响:采用QCM检测15°C条件下内切型纤维素酶EG1对不同原料木质素、纤维素和纤维素-木质素双组分膜的吸附行为。QCM结果表明,酶对底物的吸附有快速吸附和缓慢吸附阶段,并且经醋酸/醋酸钠缓冲液冲洗之后,会有一部分的可逆吸附被带走。本研究还对QCM数据进行拟合,建立了膜表面的酶吸附动力学方程模型,从中得到关于最大吸附量和吸附速率等信息。比较酶在不同结构木质素膜上的吸附可知,马尾松MWL膜表面的吸附量最大,吸附速率也最快,随后便是麦草MWL。当将纤维素与木质素以4:1和1:1的比例混合,制成纤维素-木质素双组分膜时,酶对底物的吸附量增加,吸附速率变缓,而且底物中木质素比例越高,吸附量越大,吸附速率更加缓慢。酶吸附后的薄膜经原子力显微镜表征,可以看到膜的表面有凸起的圆形颗粒,可能是吸附在膜表面的纤维素酶。4、绿液(GL)预处理对木质素结构及酶水解的影响:为了模拟木质纤维原料实际酶水解的情形,本课题选用常见的杨木为原料,对其进行绿液预处理,参照Bj?rkman法从绿液预处理杨木固形物中分离纯化木质素,得到GL-MWL。并用化学分析法和波谱分析方法表征木质素的结构,研究绿液预处理对木质素结构的影响。结果显示,从绿液预处理杨木固形物中分离得到的磨木木质素纯度更高。木质素结构中非缩合键型在绿液预处理过程中断裂,使得缩合程度增加。由磷谱数据可知,绿液预处理后,木质素结构中总的羟基含量增加,尤其是酚羟基含量。使用商业复合酶CTec 2研究在15°C条件下木质素对酶的吸附及对底物酶水解的影响。QCM结果显示,酶对GL-MWL膜的吸附能力(吸附量、吸附速率)强于对杨木MWL的吸附。将纤维素和木质素以4:1和1:1混合,制备得到Cel/MWL和Cel/GL-MWL双组分膜。实验结果发现,底物中木质素含量越高,酶水解程度越低。另外,Cel/GL-MWL的水解程度低于Cel/MWL。

关键词：木质素结构绿液(GL)预处理酶吸附酶水解石英晶体微天平(QCM)活出精彩一刻一次精彩演讲

绿液预处理杨木磨木木质素的结构及其对纤维素酶吸附的影响

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绿液预处理杨木磨木木质素的结构及其对纤维素酶吸附的影响

作者：谈旭南京林业大学

学位级别：硕士

预处理是木质纤维原料生物转化的关键步骤之一,绿液(GL)的主要化学成分是Na2CO3和Na2S,可用于木质纤维原料的预处理以提高酶水解还原糖的转化效率。同时,木质素对纤维素酶的无效吸附是影响纤维原料酶水解效率的一个重要因素,与化学预处... 详细信息

预处理是木质纤维原料生物转化的关键步骤之一,绿液(GL)的主要化学成分是Na2CO3和Na2S,可用于木质纤维原料的预处理以提高酶水解还原糖的转化效率。同时,木质素对纤维素酶的无效吸附是影响纤维原料酶水解效率的一个重要因素,与化学预处理过程中木质素结构和性质的变化密切相关。本课题从杨木原料和绿液预处理杨木中分离制备磨木木质素(MWL),采用化学和光谱分析等手段详细探讨了绿液预处理过程中木质素结构的变化,并借助石英晶体微分析天平(QCM)分析了预处理木质素结构变化对酶吸附的影响。主要研究内容与结果如下。1、预处理前后杨木MWL的分离及结构表征。杨木经总可滴定碱(Total titratable alkaline,TTA)用量为8%和16%的GL预处理后,分离得到的MWL中木质素含量达96%以上,而杨木原料MWL纯度的仅为88.7%,预处理后杨木MWL的重均相对分子质量从9000降至约6000。随着预处理TTA用量的增加,碱性硝基苯氧化产物得率降低、产物S/V比增大,臭氧降解产物得率下降、E/T比增大,表明GL预处理中木质素大分子发生碎片化,缩合程度增加,并且G单元木质素及苏型构象木质素的醚键在弱碱条件下更易断裂。红外光谱显示,杨木磨木木质素属于典型的GS型木质素,且TTA增加,S/G比增大。定量13C-NMR和2D HSQC-NMR分析结果显示,GL预处理杨木MWL的缩合程度、S/G比均增加,与化学降解研究结果相符。杨木MWL的β-O-4’键型比例达50%以上,GL预处理杨木MWL的β-O-4’减少,但β-β’和β-5’总含量略有增加。乙酰化样品的1H-NMR结果显示,杨木MWL的甲氧基和酚羟基含量分别为1.47/C9和0.22/C9,GL预处理后MWL的甲氧基和酚羟基均增加。2、杨木MWL生物传感器的制备与表征。将不同浓度的MWL的二氧六环溶液旋涂至QCM金芯片上,可制备磨木木质素QCM生物传感器膜。原子力显微镜观察显示,相同预处理TTA用量下,膜表面粗糙度随MWL溶液浓度增高而下降;相同浓度下,经GL预处理杨木的MWL膜表面粗糙度较低。MWL膜表面X射线光电子能谱分析结果表明,随着预处理TTA用量和木质素纯度增加,C-C键连接增加,同时O/C比减小。3、预处理前后杨木MWL对纤维素酶的吸附-解吸行为。采用QCM-D在4℃下表征MWL膜对纤维素酶的吸附行为,结果显示,MWL的吸附主要分为快速和慢速吸附两个阶段。MWL膜表面对酶的吸附及解吸量随纤维素酶浓度增加而增大。在不同酶浓度下,经预处理杨木的MWL对纤维素酶的吸附力更强。ΔD-Δf相关曲线分析表明,接近吸附平衡时,预处理杨木MWL比原料MWL与纤维酶的相互作用更强。低浓下,酶吸附层具有粘弹性,随着吸附量的增加,酶吸附层逐渐疏松,吸附层构象发生变化;高浓下酶吸附层结构较为致密,吸附层构象较稳定。本研究还通过QCM-D数据分析建立了MWL膜表面酶吸附动力学参数的经验模型,从而获得不同测定条件下的理论最大吸附量、酶吸附速率等相关信息。

关键词：绿液预处理磨木木质素结构表征酶吸附石英晶体微分析天平(QCM)

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蔗渣酶法水解过程的酶吸附和活性

现代化工 2001年第5期21卷 24-27页

作者：郑成黄开勋刘海玲刘颖璋唐铭华中科技大学化学系武汉430074 广州大学轻化工工程系 510091

以纸浆甘蔗渣纤维素为底物 ,使用纤维素酶为催化剂 ,在 50℃ ,pH为 4 .8的条件下研究了釜式及固定床反应流程 ,考察酶的吸附及活性。结果表明 ,固定床反应器的酶吸附比釜式多 ,而酶的活性变化在两种型式反应器中比较接近。

关键词：纤维素酶解甘蔗渣酶吸附酶活性酶法水解

多角度分析P.ostreatus改性对玉米秸厌氧消化产气性能的影响

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可再生能源 2021年第5期39卷 569-575页

作者：黄文博袁海荣李秀金北京化工大学环境科学与工程系北京100029

为提高玉米秸厌氧消化产气性能,采用Pleurotus ostreatus对其进行45 d改性试验。通过研究和分析不同改性时间的玉米秸对纤维素酶和木聚糖酶的吸附性、水解性及甲烷转化性的影响发现,经P. ostreatus改性25 d的玉米秸对纤维素酶和木聚糖... 详细信息

为提高玉米秸厌氧消化产气性能,采用Pleurotus ostreatus对其进行45 d改性试验。通过研究和分析不同改性时间的玉米秸对纤维素酶和木聚糖酶的吸附性、水解性及甲烷转化性的影响发现,经P. ostreatus改性25 d的玉米秸对纤维素酶和木聚糖酶吸附率分别提高了42.5%和21.0%,纤维素酶和木聚糖酶水解率分别提高12.9%和75.3%,甲烷产率为272 mL/g,较对照组提高了16.7%,甲烷转化速率提高了19.0%,生物降解性提高了19.7%。研究结果表明,P. ostreatus改性能够提高玉米秸厌氧消化性能,最佳改性时间为25 d。

关键词：多角度分析 P.ostreatus 玉米秸酶吸附酶水解厌氧消化

磺化木质素对纤维素底物酶水解和酶回收的影响机理

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磺化木质素对纤维素底物酶水解和酶回收的影响机理

作者：郑文秋昆明理工大学

学位级别：硕士

目前,能源危机和环境问题日益严峻。以木质纤维素作为原料,通过预处理、酶水解和发酵三个主要步骤生产清洁、可再生能源替代化石能源,不仅可以缓解能源危机,而且对环境友好,从而受到广泛关注。但是由于木质纤维素酶水解效率低以及纤维... 详细信息

目前,能源危机和环境问题日益严峻。以木质纤维素作为原料,通过预处理、酶水解和发酵三个主要步骤生产清洁、可再生能源替代化石能源,不仅可以缓解能源危机,而且对环境友好,从而受到广泛关注。但是由于木质纤维素酶水解效率低以及纤维素酶价格高等问题,使得木质纤维素生物炼制成本居高不下。因此,提高纤维素的酶水解效率和纤维素酶的回收率是木质纤维素能源大规模生产和使用的重要前提。木质纤维素底物与纤维素酶的吸附特性不仅是纤维素底物酶水解的关键影响因素,而且也对纤维素酶的回收利用有着重要的影响。木质素作为木质纤维素的主要成分,通常会与纤维素酶发生非生产性吸附,从而阻碍纤维素与纤维素酶的吸附,并抑制纤维素的酶水解。但是,我们的前期研究表明:木质素磺化后,对纤维素酶的吸附减少,对纤维素的酶水解效率起到促进作用。但是关于磺化木质素对纤维素酶水解的影响机理尚不清晰。因此,本研究从木质素-纤维素酶相互作用以及木质素理化特性的角度,探讨了磺化木质素和纤维素酶的吸附规律,并研究了木质素-纤维素酶吸附规律对纤维素底物酶水解以及纤维素酶回收利用的影响机理。具体研究内容如下:（1）木质素磺酸钠对纤维素底物酶吸附和酶水解的影响通过分析加入木质素磺酸盐（LS）前后,稀酸预处理蔗渣（DA-SCB）和微晶纤维素（Avicel）的酶水解效率、纤维素酶的生产性吸附、非生产性吸附、底物的Zeta电位和粒径分布,探讨了LS对纤维素底物酶水解的影响。结果表明,对于DA-SCB,LS与DA-SCB中木质素部分结合,占据酶的吸附位点,并且LS增大了木质素与酶的静电斥力,导致纤维素酶的非生产性吸附减少,生产性吸附增加,从而促进DA-SCB酶水解;反之,对于Avicel,LS与纤维素酶、Avicel结合形成复合物,占据酶的吸附位点,且LS增大纤维素与酶的静电斥力,减少纤维素酶在Avicel上的生产性吸附,因此LS抑制Avicel酶水解。（2）木质素磺化度对纤维素底物酶吸附和酶水解的影响稀酸预处理（DA）和酸性亚硫酸盐预处理（SPORL）木质纤维素后会产生不同磺化程度的木质素。因此,为了探讨不同磺化程度木质素与纤维素酶的吸附差异,分析了稀酸预处理蔗渣酶水解后的酶解木质素残渣（DA-EHLR）和酸性亚硫酸盐预处理蔗渣酶水解后的酶解木质素残渣（SPORL-EHLR）的物理化学特性和吸附纤维素酶的种类。结果发现,与DA-EHLR相比,SPORL-EHLR通过氢键和静电相互作用吸附大量的β-葡萄糖苷酶（β-GL）,导致SPORL-EHLR与纤维素酶的吸附量显著大于DA-EHLR与纤维素酶的吸附量。SPORL-EHLR与β-GL的结合位点位于β-GL的正面,而β-GL对其特异性催化底物（纤维二糖）的催化活性位点位于β-GL的反面,因此SPORL-EHLR与β-GL发生吸附但没有抑制β-GL对纤维二糖的催化活性。回收SPORL-EHLR（吸附了大量β-GL的酶解木质素残渣）到新的纤维素酶水解体系中,可替代40%的纤维素酶,起到节约酶用量的作用。（3）酶解木质素残渣固定纤维素酶纤维素底物酶水解后得到的木质素残渣具有活性官能团丰富、易改性和价格低廉等特点,将其作为纤维素酶固定化载体对纤维素酶进行回收和循环使用具有较好的应用潜力。本研究分别以SPORL-EHLR和高碘酸钠氧化改性的SPORLEHLR（O-SPORL-EHLR）为载体,对β-GL进行固定。通过单因素实验对固定化酶的时间、p H等条件进行优化,并分析了固定化酶的储存稳定性,及其对纤维素底物酶水解效率的影响。结果发现:SPOEL-EHLR和O-SPORL-EHLR对β-GL的最适固定化条件为p H 4.8、12 h;SPORL-EHLR固定化酶和O-SPORL-EHLR固定化酶在p H 5.3时β-GL酶活性最高;SPORL-EHLR固定化酶在70℃时,β-GL酶活性最高,但O-SPORL-EHLR固定化酶在50℃时,β-GL酶活性最高;SPORL-EHLR固定化酶的储存稳定性更好,储存35天,β-GL酶活性仍没有显著变化;SPORL-EHLR固定化酶可替代40%的纤维素酶,O-SPORL-EHLR固定化酶可替代50%的纤维素酶。本研究对磺化木质素在纤维素底物酶水解和酶回收过程中的影响机理进行了较系统深入的探索,研究结果可为提高木质纤维素酶水解效率和酶回收率,以及降低酶解成本提供理论参考。

关键词：磺化木质素酶水解酶回收酶吸附酶固定化

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木质素组装对纤维素酶水解促进机制的研究

木质素组装对纤维素酶水解促进机制的研究

作者：杨博南京林业大学

学位级别：硕士

本文针对预处理物料中残留木质素的结构不均一性问题,对残留木质素进行组分拆分,从而系统研究不同木质素组分(醇溶木质素与结合木质素)的理化性质、化学结构特性,及其对纤维素酶水解的差异性影响。研究结果为科学研究木质素对纤维素酶... 详细信息

本文针对预处理物料中残留木质素的结构不均一性问题,对残留木质素进行组分拆分,从而系统研究不同木质素组分(醇溶木质素与结合木质素)的理化性质、化学结构特性,及其对纤维素酶水解的差异性影响。研究结果为科学研究木质素对纤维素酶水解影响的构效关系提供了重要的方法。主要研究结果如下:以乙醇预处理锯木屑为底物进行木质素组分拆分,结果表明,拆分所得的醇溶木质素(1665902 Da)重均分子量显著低于结合木质素(6969332 Da);醇溶木质素中β-O-4芳基醚键的含量(3.22.23/100Ar)远低于结合木质素(13.704.46/100Ar);同时,醇溶木质素的缩合型树脂醇β-β和苯基香豆满β-5结构含量均低于结合木质素。说明与结合木质素相比,醇溶木质素解聚程度较高。醇溶木质素与结合木质素代表了乙醇预处理锯木屑中两种不同的木质素组分。采用乙醇洗涤法脱除醇溶木质素,使得乙醇预处理物料72 h葡萄糖得率降低了15.035.17%;进一步采用亚氯酸钠脱木质素法脱除结合木质素,使得其72 h葡萄糖得率显著提高至64.651.42%。说明乙醇预处理锯木屑中的醇溶木质素对纤维素酶水解有促进作用,而结合木质素对纤维素酶水解有强烈的抑制作用。采用石英晶体微天平技术实时、原位地监测纤维素酶在醇溶木质素和结合木质素薄膜表面的吸附行为,结果表明,醇溶木质素的纤维素酶最大吸附量为152.6368.09 ng/cm,显著低于结合木质素(196.7124.73ng/cm);此外,组合木质素薄膜的纤维素酶吸附实验表明,醇溶木质素的存在使得纤维素酶在结合木质素薄膜上的不可逆吸附量降低了39.25.0%。因此,揭示了醇溶木质素对纤维素酶水解的潜在促进机制,即醇溶木质素与结合木质素相互组装,从而掩蔽结合木质素上的纤维素酶无效吸附位点,有效缓解了纤维素酶在结合木质素上的不可逆吸附作用。在稀酸预处理锯木屑过程中添加2-萘酚与2-萘酚-7-磺酸钠,使得稀酸预处理物料72 h葡萄糖得率分别提高了9.1%和47.8%。与2-萘酚相比,在预处理过程中添加2-萘酚-7-磺酸钠对促进纤维素酶水解更为有效。预处理物料性质表征结果表明,添加2-萘酚-7-磺酸钠显著提高了物料纤维素可及性和物料表面电负性,同时减少了预处理物料与纤维素酶的吸附量;此外,木质素结构表征实验说明,2-萘酚-7-磺酸钠辅助预处理不仅可显著增强β-O-4和β-β键的断裂,且缓解了木质素的缩聚反应。因此,在预处理过程中添加2-萘酚衍生物可通过调控木质素的缩聚与解聚反应,实现预处理物料酶水解性能的提高。

关键词：木质素组装纤维素酶水解石英晶体微天平酶吸附碳正离子清除剂

木质素基表面活性剂对玉米秸秆纤维素酶水解的促进作用

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林业工程学报 2016年第6期1卷 102-107页

作者：赖晨欢高子琦唐硕勇强南京林业大学化学工程学院南京210037

木质素是影响木质纤维原料酶水解的关键因素。本研究通过聚乙氧基接枝修饰制备木质素基表面活性剂,并探究其对预处理玉米秸秆纤维素酶水解的影响机制。结果表明,木质素基表面活性剂对蒸汽爆破预处理玉米秸秆酶水解有显著的促进作用。木... 详细信息

木质素是影响木质纤维原料酶水解的关键因素。本研究通过聚乙氧基接枝修饰制备木质素基表面活性剂,并探究其对预处理玉米秸秆纤维素酶水解的影响机制。结果表明,木质素基表面活性剂对蒸汽爆破预处理玉米秸秆酶水解有显著的促进作用。木质素基表面活性剂的最适添加量为0025 0 g/g(以纤维素计)。在最适添加量下,碱木质素基表面活性剂及醇溶木质素基表面活性剂使得蒸汽爆破预处理玉米秸秆72 h酶水解得率分别提高了275%和281%。与此同时,72 h酶水解液中外切葡聚糖酶酶活力分别提高了493%和410%;β-葡萄糖苷酶酶活力分别提高了196%和137%。说明木质素基表面活性剂可减少纤维素酶的无效吸附,从而起到对酶水解的促进作用。

关键词：木质素接枝修饰表面活性剂纤维素酶水解酶吸附

稀酸与亚硫酸盐预处理对蔗渣酶水解效率的影响研究

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稀酸与亚硫酸盐预处理对蔗渣酶水解效率的影响研究

作者：刘志佳昆明理工大学

学位级别：硕士

木质纤维素的生物炼制对缓解能源危机和全球气候变暖具有重要意义。生物质转化为乙醇主要有四个步骤,包括预处理、酶水解、发酵和蒸馏,其中预处理为木质纤维素生物炼制的关键步骤,通过预处理,可破坏木质纤维素生物质的抗降解屏障,使木... 详细信息

木质纤维素的生物炼制对缓解能源危机和全球气候变暖具有重要意义。生物质转化为乙醇主要有四个步骤,包括预处理、酶水解、发酵和蒸馏,其中预处理为木质纤维素生物炼制的关键步骤,通过预处理,可破坏木质纤维素生物质的抗降解屏障,使木质纤维素能被纤维素酶降解为可发酵糖。本研究主要对比了传统稀酸预处理法(DA)与亚硫酸盐预处理法(SPORL)对蔗渣的影响。1.分析了预处理前后蔗渣的化学成分,发现两种预处理法均可降解蔗渣中的半纤维素,暴露出更多的纤维素和木质素,而且亚硫酸盐预处理法还可以作用于蔗渣中的木质素,使酸溶性木质素含量上升。然后对比了两种预处理法所得蔗渣在低酶载量(7.5FPU/g干蔗渣)条件下的水解效率,结果显示SPORL预处理蔗渣水解效率和综纤维素水解效率最高可达到52.66%和81.92%,均高于DA预处理蔗渣的42.20%和60.89%。2.为了解释上述现象,采用XRD、SEM和FTIR分析了预处理前后蔗渣结晶度、微观物理形态和官能团的变化。XRD结果显示未处理蔗渣结晶度为51.73%,经过预处理后DA和SPORL预处理蔗渣的结晶度分别提高为55.20%和57.69%,这可能是由于预处理破坏了蔗渣的非定型区,使得蔗渣结晶区的相对含量上升。SEM实验发现两种预处理法均可破坏蔗渣原本的有序结构,使蔗渣表面变得疏松和粗糙,而且SPORL法的破坏作用更明显。FTIR数据显示,经过预处理,蔗渣的氢键暴露,且生成了磺酸基。3.进一步的研究测量了DA和SPORL蔗渣对纤维素酶的总吸附和无效吸附及蔗渣表面磺酸基含量和ZETA电位,结果发现SPORL蔗渣的总吸附效率比DA蔗渣高,而无效吸附比DA蔗渣低,这可能是因为SPORL法磺化了木质素,使木质素带更多的负电荷,提高了木质素的亲水性,从而降低了木质素与纤维素酶的无效吸附。4.最后考察了SPORL蔗渣高浓酶水解的可行性,主要研究了不同底物载量、不同酶载量对酶水解效率的影响,以及分批补料和固液混合水解的可行性,实验发现底物载量的变化对蔗渣水解效率影响不明显,而提高酶载量可明显促进酶水解。并且通过添加Ca(OH)2调节体系pH,可使底物载量为14%样品在低酶载量(7.5FPU/g干蔗渣)条件下,水解效率提高12.85%。通过分批补料,提高底物载量至18%和22%,SPORL蔗渣水解效率和综纤维素水解效率最高达到54.18%,84.29%和48.75%,75.84%。

关键词：蔗渣预处理酶水解酶吸附高浓酶水解