纤维素酶固定化及酶水解对厌氧消化性能影响的研究
发布时间：2021-08-29 14:54
纤维素酶可以将纤维素水解为易于被微生物利用的还原糖,是实现秸秆类生物质资源高效利用的有效方法。但是纤维素酶会与酶水解反应体系融合,造成反应产物纯度降低、纤维素酶流失。并且纤维素酶对pH和温度敏感,使其活性降低。以上均导致酶水解的成本提高。为了使纤维素酶易于从反应体系中分离,并提高其稳定性,研究了纤维素酶的固定方法,分析了固定化酶水解对玉米秸秆的厌氧消化性能的影响。通过分析纤维素酶的固定效果和固定化酶的性质,研究优化了纤维素酶的固定化方法。采用交联包埋法固定纤维素酶,在酶液浓度、3.5%（w/w）海藻酸钠（SA）溶液与1%（w/w）戊二醛溶液的体积比、交联时间、CaC12质量分数、固定温度和时间分别为5mg/mL、1:1.5、4h、2%、50℃和2.5 h时制得SA固定化酶。在SA固定化酶中加入与SA质量比为1:1.5的聚乙二醇（PEG）,固定效果提高18%。对SA-PEG固定化酶采用3%（w/w）的壳聚糖（CS）溶液覆膜30min,固定效果提高16%。SA-PEG-CS固定化酶循环使用5次后,相对酶活力保持在60%以上。SA固定化酶、SA-PEG固定化酶和SA-PEG-CS固定化酶的稳...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
秸秆利用现状Fig.l-1TMeutilizationsituationofcom
但是在天然的生物质中，纤维素链倾向于缠绕在一起，形成不溶性的结晶状纤维素与半纤维素以非共价键结合，木质素与半纤维素以共价键结合，纤维素分包裹在细胞壁结构的内部，形成“天然的抗降解屏障”。从而使得纤维素难以被物分解和利用，降低了其酶水解为可发酵糖的效率，成为了生物转化的首要限速为了提高木质纤维素的资源利用率，需要通过预处理打破其原有的结构，提高纤和半纤维素的糖化率。??纤维素酶作为一种高效的催化剂，将纤维素水解为纤维二糖和葡萄糖等小分可溶性糖，有助于提高厌氧消化过程中微生物的转化效率，提高纤维素的利用率［并且酶水解反应条件温和、水解效率高。但是纤维素酶作为一种水溶性的制剂，酶水解产物混合，造成产物纯度降低、纤维素酶的流失。同时纤维素酶对温度和等条件敏感。因此纤维素酶的循环多次利用和提高其稳定性是主要解决的两个问基于以上在酶水解过程中存在的问题，本课题旨在将纤维素酶固定，使之易反应体系中分离，并提高纤维素酶的稳定性。对固定化酶的酶水解效果进行分析，对酶水解后的玉米秸秆的产甲烷潜力进行测定。??
凝胶具有成型简单、机械强度高、多孔性、传质能力高、对反应体系无毒无??害、易于引入官能团、生物相容性局等特点，因此在食品、医药和组织工程中用途广??泛。海藻酸的分子式为（Ｃ６Ｈ７０６）?ｎ，结构如图１－７所示［８６］。??海藻酸钠包括卩－Ｄ－甘露糖醛酸（Ｍ单元）和ａ－Ｌ－古洛糖醛酸（Ｇ单元）两种单体，??Ｇ与Ｍ的区别在于Ｃ－５的位置不同。单体之间以ｐ－?（１，４）－糖苷键和ａ－?（１，４）－??糖苷键连接成ＭＭ均聚区、ＧＧ均聚区、ＭＧ杂聚区。均聚的ＭＭ和ＧＧ为双折叠螺??旋状。ＭＭ片段中，由于Ｃ５－０为环内氧，与Ｃ３－ＯＨ形成的氢键较弱，使得ＭＭ段易??弯曲。而在ＧＧ片段中，由于Ｃ６－０为羧基氧，与Ｃ２－ＯＨ形成的氢键较强，因此ＧＧ??段不易弯曲，呈锯齿状。在水溶液中Ｃａ２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｚｎ２＋和Ｐｂ２＋等二价金属离子与??ＧＧ片段中的Ｃ２－ＯＨ和Ｃ５－ＣＯＣｒ中的氧原子通过配位键形成“Ｅｇｇ－Ｂｏｘ”结构的不溶性??凝胶，结构如图１－８所示［８７］。而Ｃａ２＋易与柠檬酸、ＥＤＴＡ和磷酸发生螯合反应并且在??Ｎａ＋离子浓度较高时脱离，造成凝胶解体。基于此问题，可以加入交联剂和聚阳离子??提高载体强度。海藻酸盐由于含有大量的羧基官能团
【参考文献】：
期刊论文
[1]海藻酸钠的提取与功能化改性研究进展[J]. 黄攀丽,沈晓骏,陈京环,吴玉英,孙润仓. 林产化学与工业. 2017(04)
[2]蒸汽爆破/氧化钙联合预处理对水稻秸秆厌氧干发酵影响研究[J]. 王星,李强,周正,贺静,邓雅月,张敏,尹小波. 农业环境科学学报. 2017(02)
[3]NaOH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解效率的影响[J]. 赵晶,张福蓉,陈明,徐晨,权春善,范圣第. 农业环境科学学报. 2016(07)
[4]高温液相水耦合湿磨预处理酶水解玉米秸秆的研究[J]. 刘启予,李文志,李自红. 太阳能学报. 2016(05)
[5]可磁力回收的Fe3O4纳米颗粒负载纤维素酶生物催化剂用于玉米芯降解（英文）[J]. 张其坤,康俊清,杨兵,赵雷振,侯昭升,唐波. 催化学报. 2016(03)
[6]碱预处理对玉米秸秆酶解效果的影响[J]. 迟聪聪,柳咪,龚亚辉,李鸿魁,吴养育. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2015(05)
[7]聚乙二醇和海藻酸钠混合固定化硝化细菌研究[J]. 南晓梅,宋新山,赵晓祥. 安全与环境学报. 2015(04)
[8]两步碱法预处理对玉米秸秆组分及结构的影响[J]. 朱圆圆,顾夕梅,朱均均,徐勇,勇强,余世袁. 中国科技论文. 2015(12)
[9]NaOH预处理对秸秆高固体浓度酶水解效果影响[J]. 高静思,孙岩斌,文雪,王玮,刘研萍. 中国沼气. 2015(03)
[10]聚乙烯醇和海藻酸钠固定化柚苷酶的制备及其性质[J]. 肖安风,游洪燕,倪辉,朱艳冰,蔡慧农. 中国食品学报. 2015(03)
博士论文
[1]复合有机物料厌氧消化特性及产气优化工艺与机理研究[D]. 李叶青.北京化工大学 2014
[2]新型可回用两水相体系中水溶性固定化纤维素酶降解纤维素[D]. 刘晶晶.华东理工大学 2014
[3]基于壳聚糖与海藻酸钠的改性聚合物的制备结构与性能研究[D]. 袁毅桦.华南理工大学 2012
[4]水解酶预处理对城市有机生活垃圾厌氧消化的影响[D]. 李建昌.昆明理工大学 2011
[5]纤维素酶高效水解、回收再用与反应机理的研究[D]. 张名佳.天津大学 2010
[6]用于提高稻草厌氧消化性能的固态氢氧化钠化学预处理方法与机理研究[D]. 何艳峰.北京化工大学 2008
硕士论文
[1]聚乙二醇表面干预纤维素酶水解纤维素体系的机理研究[D]. 张敏.南京林业大学 2014
[2]酸碱耦合预处理及酶水解玉米秸秆制备单糖的研究[D]. 祖帅.中国科学技术大学 2014
[3]改性海藻酸复合凝胶固定化纤维素酶的研究[D]. 朱丽娜.哈尔滨理工大学 2014
[4]NaOH预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究[D]. 张佳.北京化工大学 2013
[5]海藻酸钠固定化α-淀粉酶的研究[D]. 郑璐.华中农业大学 2013
[6]木质纤维素材料氨水预处理及其酶水解特性研究[D]. 贾丽丽.西北农林科技大学 2013
[7]纤维素超分子结构及其降解过程的表征分析[D]. 郭翰林.山东大学 2012
[8]纤维素酶、半纤维素酶预处理有机生活垃圾对厌氧消化的影响[D]. 何娟.昆明理工大学 2011
[9]壳聚糖—海藻酸钠聚电解质膜的制备及性能调控研究[D]. 孟欣.中国人民解放军军事医学科学院 2010
[10]秸秆厌氧发酵产沼气工艺中关键因子的研究[D]. 杨立.湖北工业大学 2009
本文编号：3370860
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
秸秆利用现状Fig.l-1TMeutilizationsituationofcom
但是在天然的生物质中，纤维素链倾向于缠绕在一起，形成不溶性的结晶状纤维素与半纤维素以非共价键结合，木质素与半纤维素以共价键结合，纤维素分包裹在细胞壁结构的内部，形成“天然的抗降解屏障”。从而使得纤维素难以被物分解和利用，降低了其酶水解为可发酵糖的效率，成为了生物转化的首要限速为了提高木质纤维素的资源利用率，需要通过预处理打破其原有的结构，提高纤和半纤维素的糖化率。??纤维素酶作为一种高效的催化剂，将纤维素水解为纤维二糖和葡萄糖等小分可溶性糖，有助于提高厌氧消化过程中微生物的转化效率，提高纤维素的利用率［并且酶水解反应条件温和、水解效率高。但是纤维素酶作为一种水溶性的制剂，酶水解产物混合，造成产物纯度降低、纤维素酶的流失。同时纤维素酶对温度和等条件敏感。因此纤维素酶的循环多次利用和提高其稳定性是主要解决的两个问基于以上在酶水解过程中存在的问题，本课题旨在将纤维素酶固定，使之易反应体系中分离，并提高纤维素酶的稳定性。对固定化酶的酶水解效果进行分析，对酶水解后的玉米秸秆的产甲烷潜力进行测定。??
凝胶具有成型简单、机械强度高、多孔性、传质能力高、对反应体系无毒无??害、易于引入官能团、生物相容性局等特点，因此在食品、医药和组织工程中用途广??泛。海藻酸的分子式为（Ｃ６Ｈ７０６）?ｎ，结构如图１－７所示［８６］。??海藻酸钠包括卩－Ｄ－甘露糖醛酸（Ｍ单元）和ａ－Ｌ－古洛糖醛酸（Ｇ单元）两种单体，??Ｇ与Ｍ的区别在于Ｃ－５的位置不同。单体之间以ｐ－?（１，４）－糖苷键和ａ－?（１，４）－??糖苷键连接成ＭＭ均聚区、ＧＧ均聚区、ＭＧ杂聚区。均聚的ＭＭ和ＧＧ为双折叠螺??旋状。ＭＭ片段中，由于Ｃ５－０为环内氧，与Ｃ３－ＯＨ形成的氢键较弱，使得ＭＭ段易??弯曲。而在ＧＧ片段中，由于Ｃ６－０为羧基氧，与Ｃ２－ＯＨ形成的氢键较强，因此ＧＧ??段不易弯曲，呈锯齿状。在水溶液中Ｃａ２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｚｎ２＋和Ｐｂ２＋等二价金属离子与??ＧＧ片段中的Ｃ２－ＯＨ和Ｃ５－ＣＯＣｒ中的氧原子通过配位键形成“Ｅｇｇ－Ｂｏｘ”结构的不溶性??凝胶，结构如图１－８所示［８７］。而Ｃａ２＋易与柠檬酸、ＥＤＴＡ和磷酸发生螯合反应并且在??Ｎａ＋离子浓度较高时脱离，造成凝胶解体。基于此问题，可以加入交联剂和聚阳离子??提高载体强度。海藻酸盐由于含有大量的羧基官能团
【参考文献】：
期刊论文
[1]海藻酸钠的提取与功能化改性研究进展[J]. 黄攀丽,沈晓骏,陈京环,吴玉英,孙润仓. 林产化学与工业. 2017(04)
[2]蒸汽爆破/氧化钙联合预处理对水稻秸秆厌氧干发酵影响研究[J]. 王星,李强,周正,贺静,邓雅月,张敏,尹小波. 农业环境科学学报. 2017(02)
[3]NaOH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解效率的影响[J]. 赵晶,张福蓉,陈明,徐晨,权春善,范圣第. 农业环境科学学报. 2016(07)
[4]高温液相水耦合湿磨预处理酶水解玉米秸秆的研究[J]. 刘启予,李文志,李自红. 太阳能学报. 2016(05)
[5]可磁力回收的Fe3O4纳米颗粒负载纤维素酶生物催化剂用于玉米芯降解（英文）[J]. 张其坤,康俊清,杨兵,赵雷振,侯昭升,唐波. 催化学报. 2016(03)
[6]碱预处理对玉米秸秆酶解效果的影响[J]. 迟聪聪,柳咪,龚亚辉,李鸿魁,吴养育. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2015(05)
[7]聚乙二醇和海藻酸钠混合固定化硝化细菌研究[J]. 南晓梅,宋新山,赵晓祥. 安全与环境学报. 2015(04)
[8]两步碱法预处理对玉米秸秆组分及结构的影响[J]. 朱圆圆,顾夕梅,朱均均,徐勇,勇强,余世袁. 中国科技论文. 2015(12)
[9]NaOH预处理对秸秆高固体浓度酶水解效果影响[J]. 高静思,孙岩斌,文雪,王玮,刘研萍. 中国沼气. 2015(03)
[10]聚乙烯醇和海藻酸钠固定化柚苷酶的制备及其性质[J]. 肖安风,游洪燕,倪辉,朱艳冰,蔡慧农. 中国食品学报. 2015(03)
博士论文
[1]复合有机物料厌氧消化特性及产气优化工艺与机理研究[D]. 李叶青.北京化工大学 2014
[2]新型可回用两水相体系中水溶性固定化纤维素酶降解纤维素[D]. 刘晶晶.华东理工大学 2014
[3]基于壳聚糖与海藻酸钠的改性聚合物的制备结构与性能研究[D]. 袁毅桦.华南理工大学 2012
[4]水解酶预处理对城市有机生活垃圾厌氧消化的影响[D]. 李建昌.昆明理工大学 2011
[5]纤维素酶高效水解、回收再用与反应机理的研究[D]. 张名佳.天津大学 2010
[6]用于提高稻草厌氧消化性能的固态氢氧化钠化学预处理方法与机理研究[D]. 何艳峰.北京化工大学 2008
硕士论文
[1]聚乙二醇表面干预纤维素酶水解纤维素体系的机理研究[D]. 张敏.南京林业大学 2014
[2]酸碱耦合预处理及酶水解玉米秸秆制备单糖的研究[D]. 祖帅.中国科学技术大学 2014
[3]改性海藻酸复合凝胶固定化纤维素酶的研究[D]. 朱丽娜.哈尔滨理工大学 2014
[4]NaOH预处理后的玉米秸纤维素酶水解效果试验研究[D]. 张佳.北京化工大学 2013
[5]海藻酸钠固定化α-淀粉酶的研究[D]. 郑璐.华中农业大学 2013
[6]木质纤维素材料氨水预处理及其酶水解特性研究[D]. 贾丽丽.西北农林科技大学 2013
[7]纤维素超分子结构及其降解过程的表征分析[D]. 郭翰林.山东大学 2012
[8]纤维素酶、半纤维素酶预处理有机生活垃圾对厌氧消化的影响[D]. 何娟.昆明理工大学 2011
[9]壳聚糖—海藻酸钠聚电解质膜的制备及性能调控研究[D]. 孟欣.中国人民解放军军事医学科学院 2010
[10]秸秆厌氧发酵产沼气工艺中关键因子的研究[D]. 杨立.湖北工业大学 2009
本文编号：3370860
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