木质素对复合纤维素酶的吸附规律及木质纤维素酶解强化的研究
发布时间：2020-05-16 00:22
【摘要】：木质纤维素酶解糖化是木质纤维素通过糖平台转化为燃料乙醇的关键环节。在酶解糖化过程中,纤维素酶吸附在纤维素上是纤维素酶降解纤维素的重要前提。然而,木质素会无效吸附纤维素酶,降低纤维素酶的利用率,导致酶解成本居高不下。本文利用石英晶体微天平(QCM-D)和聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术研究复合纤维素酶(CTec2)在木质素上的吸附行为,分析了木质素与纤维素酶之间的相互作用力,在此基础上研究了β-葡萄糖苷酶和尿素对木质纤维素酶解的影响,阐述了其强化酶解的机理。首先,采用QCM-D技术研究缓冲液pH、离子强度和尿素对CTec2在木质素膜上吸附行为的影响。结果表明,当缓冲液pH从3.6升至5.7时,CTec2在木质素上的吸附量先增大后减小,当pH为4.8时,CTec2的吸附量随离子强度的增加而减少,说明CTec2与木质素之间存在静电作用;当pH为4.8时,CTec2在木质素上的吸附量随尿素的增加而减少,说明CTec2和木质素之间存在氢键作用。其次,利用SDS-PAGE技术研究缓冲液pH、离子强度、尿素和表面活性剂对CTec2中各个组分在木质素上吸附的影响。结果表明,缓冲液pH、离子强度、尿素及表面活性剂对β-葡萄糖苷酶BGL、内切酶EG III和内切酶EG V在木质素上吸附的影响很小,但对外切酶CBH I、外切酶CBH II、内切酶EG I、内切酶EG II、内切酶EG IV及木聚糖酶Xyn的影响很大,其中BGL、EG III和EG V在木质素上的吸附率维持在80~100%之间。CTec2中各个组分与木质素之间的结合力大小排序为:BGL、EG III和EG V最大,Xyn次之,CBH I、CBH II、EG I、EG II和EG IV最小。当缓冲液pH为4.8时,增加离子强度和尿素浓度对BGL和EG III在木质素上吸附的影响很小,说明在酶解条件下BGL和EG III与木质素之间的相互作用以疏水作用为主。当缓冲液pH为4.8时,增加尿素浓度和离子强度均能减少CBH I在木质素上的吸附量,说明CBH I与木质素之间的相互作用以氢键作用和静电引力为主。然后,研究了β-CTec2(CTec2中的β-葡萄糖苷酶)和Novozyme 188对木质纤维素酶解的影响。结果表明添加Novozyme 188不能促进CTec2对木质纤维素的酶解,但β-CTec2可以促进CTec2对木质纤维素的酶解。这是因为β-CTec2在木质素上的吸附能力很强,而Novozyme 188在木质素上的吸附能力很弱,吸附在木质素上的β-CTec2能减少内切酶和外切酶在木质素上的无效吸附。此外,还研究了尿素对木质纤维素酶解的影响,结果表明低浓度尿素可以促进木质纤维素酶解,因为尿素可以减少纤维素酶在木质素上的吸附。通过研究CTec2在木质素上的吸附行为,揭示了CTec2与木质素之间的相互作用,期望为减少CTec2在木质素上的无效吸附及酶解强化技术的开发提供理论依据,降低木质纤维素酶解成本,推动生物乙醇规模化生产。
【图文】：
纤维素、半纤维素和木质素共同构成植物细胞壁的结构骨架，，图1-2 是典型的木质纤维素结构示意图[8, 9]。植物细胞壁的层次结构一般分为初生壁（Primary wall，PW）、次生壁（Secondary wall，SW）和胞间层（Middle lamella，ML），其中次生壁又可分为三层，分别为外层（SW1）、中间层（SW2）和内层（SW3）。当次生壁 S1层形成时，初生壁的角隅部分和胞间层开始木质化形成木质素，随着植物组织的成长，木质素逐渐在 S2和 S3层内沉积。在次生壁各层形成的同时，纤维素逐渐分布于各层次生壁中，其中大部分纤维素存在于次生壁的中间层内。木质素、半纤维素和其他聚合物（如果胶）以氢键和共价键的形式紧紧缠绕在纤维素表面，充当“粘合剂”和“填充剂”，形成紧密的结构。木质纤维素的组成受很多因素影响，例如植物种类、植物年龄和植物的生长环境。硬木、软木和草类植物细胞壁的纤维素、半纤维素和木质素的含量分布如表 1-1 所示。软木和硬木含有较多的纤维素，而草类植物则?
图 1-5 纤维素酶降解纤维素的机理示意图Figure 1-5 Mechanism of cellulose degradation by cellulase纤维素酶解的抑制作用对纤维素酶的物理阻碍作用壁中，木质素紧紧缠绕着纤维素和半纤维素，维持植物细胞纤维素和半纤维素膨胀。此外，木质素的疏水性较强，其存纤维素难以在水中溶胀，并限制了纤维素酶与纤维素接触。中的木质素是促进木质纤维素酶解的有效方法[36-38]。不过，素对纤维素酶可及性的先决条件，底物中木质素的含量不是素。有些预处理虽然只能除去木质纤维素中少部分的木质素构，增加纤维素对纤维素酶的可及性，从而促进纤维素酶解[3
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O636.2
【图文】：
纤维素、半纤维素和木质素共同构成植物细胞壁的结构骨架，，图1-2 是典型的木质纤维素结构示意图[8, 9]。植物细胞壁的层次结构一般分为初生壁（Primary wall，PW）、次生壁（Secondary wall，SW）和胞间层（Middle lamella，ML），其中次生壁又可分为三层，分别为外层（SW1）、中间层（SW2）和内层（SW3）。当次生壁 S1层形成时，初生壁的角隅部分和胞间层开始木质化形成木质素，随着植物组织的成长，木质素逐渐在 S2和 S3层内沉积。在次生壁各层形成的同时，纤维素逐渐分布于各层次生壁中，其中大部分纤维素存在于次生壁的中间层内。木质素、半纤维素和其他聚合物（如果胶）以氢键和共价键的形式紧紧缠绕在纤维素表面，充当“粘合剂”和“填充剂”，形成紧密的结构。木质纤维素的组成受很多因素影响，例如植物种类、植物年龄和植物的生长环境。硬木、软木和草类植物细胞壁的纤维素、半纤维素和木质素的含量分布如表 1-1 所示。软木和硬木含有较多的纤维素，而草类植物则?
图 1-5 纤维素酶降解纤维素的机理示意图Figure 1-5 Mechanism of cellulose degradation by cellulase纤维素酶解的抑制作用对纤维素酶的物理阻碍作用壁中，木质素紧紧缠绕着纤维素和半纤维素，维持植物细胞纤维素和半纤维素膨胀。此外，木质素的疏水性较强，其存纤维素难以在水中溶胀，并限制了纤维素酶与纤维素接触。中的木质素是促进木质纤维素酶解的有效方法[36-38]。不过，素对纤维素酶可及性的先决条件，底物中木质素的含量不是素。有些预处理虽然只能除去木质纤维素中少部分的木质素构，增加纤维素对纤维素酶的可及性，从而促进纤维素酶解[3
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O636.2
【参考文献】
相关期刊论文 前9条
1 孙U
本文编号：2665852
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2665852.html
教材专著
