磺化木质素对两种葡聚糖酶与木质素相互作用的影响
发布时间：2021-10-22 01:46
木质纤维原料具有来源广泛、可再生性强、环境友好等优势,具有巨大的高效利用潜力,然而目前在工业化生产过程中还存在处理效率低、转化成本高等问题。本课题分别从预处理和酶解过程中探索提高木质纤维原料酶解糖转化率的方法。以火炬松为原料,研究碱法预处理结合优化后的氧脱木素对火炬松酶解糖得率的促进作用。以杨木为原料,借助石英晶体微天平（QCM）研究影响内切葡聚糖酶TvEG、纤维二糖水解酶TlCel7A在不同木质素薄膜上的非生产性吸附的因素;同时借助石英晶体微天平、荧光分光光度计、动态光散射纳米激光粒度仪研究添加可溶性磺化木质素（Sulfonated lignin,SL）对葡聚糖酶在木质素上非生产性吸附的影响与作用机制。本课题的主要研究内容与结果如下:1、以碳酸钠为介质的氧脱木素对火炬松原料酶解的影响。分别对火炬松木片进行硫酸盐（KP）、绿液（GL）预处理,并结合以碳酸钠为介质的氧脱木素与打浆处理,通过复合纤维素酶CTec2、木聚糖酶HTec2对浆料分别进行酶解,通过测定浆料的酶解单糖得率、酶解总糖提取率、单一聚糖提取率,评价不同预处理工艺对火炬松原料酶解的影响。在氧脱木素时将NaOH碱性介质改为Na...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
预处理前后木质纤维原料的结构变化
?胤肿幽诓康?无定形区，产生新的末端；纤维二糖水解酶CBH以纤维二糖为单位由末端进行水解，每次水解产生一个纤维二糖分子；β-葡萄糖苷酶BG将纤维二糖以及低聚糖水解为葡萄糖。一般，纤维素酶分子由吸附域(cellulosebindingdomain，CBD)、催化域(catalyticdomain，CD)以及连接吸附域与催化域的肽链(linker)组成，整个酶分子结构呈蝌蚪形(图1-2)。吸附域可以提高纤维素酶在纤维素上的结合力、破坏纤维素的超分子结构，具有疏解结晶纤维素、提高纤维素酶的溶解性的能力[31]。催化域对纤维素酶的催化活力起决定作用[31]。图1-2纤维素的酶结构模型[32]Fig.1-2Thestructureofcellulase[32].木质纤维原料若要达到高效糖化效果所需酶用量较大，而目前纤维素酶的生产成本较高，这限制了木质纤维原料的大规模工业化应用。如何提高酶水解效率同时降低酶用量、降低酶解糖化过程成本有着重要意义。1.1.2.2影响酶水解效率的因素酶解过程即通过碳水化合物水解酶在一定条件下处理木质纤维素底物，将碳水化合物转化为可发酵单糖，主要包括三步：酶蛋白吸附到纤维素表面、酶蛋白降解纤维素至可
7图1-3两点传质模型图[58]Fig.1-3Two-sitetransitionmodel[58].尽管大量研究表明木质素的存在会降低木质纤维原料的酶解糖转化率，但由于木质素以及纤维素酶结构的复杂性，目前依旧没有确定的理论可以解释木质素与纤维素酶间的相互作用机制。很多研究表明，酶在木质素上的非特异性吸附并不仅仅是单一因素影响的，目前主要受认可的有疏水作用、静电作用以及氢键作用等因素[59–61]。下面就木质素与纤维素酶间的几种相互作用做简要介绍。1.2.3.1疏水作用在水溶液中，蛋白质和木质素表面的疏水性越强，两者被水排挤而聚集的倾向就越明显[62]。木质素表面具有一定的疏水能力，多数纤维素酶表面富含疏水的氨基酸残基[43]，例如色氨酸及芳香族氨基酸[39,43]，因此导致酶蛋白与木质素可通过疏水作用产生非特异性吸附。由于预处理暴露更多的木质素，所以酶蛋白在预处理后底物上的非生产性吸附多于在天然底物上的吸附。目前很多研究表明疏水作用是影响酶在木质素上非生产性吸附的主要因素[41]。Qin等通过原子力显微镜（AFM）研究疏水作用、静电作用、氢键作用对纤维素酶在木质素上的非生产性吸附的影响，结果表明，疏水作用对纤维素酶在木质素上的非生产性吸附起主要作用[61]。Rahikainen等通过基因工程改变纤维素酶吸附域（CBM）的氨基酸，从而改变吸附域的疏水性，以研究吸附域疏水性不同的纤维素酶在云杉、麦草木质素上的吸附作用，结果表明，纤维素酶吸附域的疏水性增加，纤维素酶在木质素上的吸附量增加[59]。而Sammon等通过软件Rosetta计算蛋白表面疏水性，同时测定蛋白的其他基本性质，如蛋白分子量、等电点、总疏水面积，以确定影响酶结合木质素的因素。研究结果表明：酶蛋白表面疏水性越高，酶蛋白在木质素上的吸附量越大，据此认为，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种不同来源的绿色木霉降解木质纤维素研究[J]. 赵爽,李婉云,杨静雅,侯怡婷,赵丽莉,贺学礼. 菌物学报. 2020(05)
[2]木质纤维素预处理技术研究进展[J]. 曹运齐,解先利,郭振强,王严严,刘云云,吴蔼民,赵于. 化工进展. 2020(02)
[3]复合菌系预处理和强化对玉米秸秆沼气发酵效率的影响[J]. 祝其丽,王彦伟,谭芙蓉,吴波,代立春,胡国全,何明雄. 中国沼气. 2019(04)
[4]螺杆挤压法木质纤维素预处理的研究进展[J]. 虞雯,泮国荣,肖竹钱,沙如意,葛青,范煜,毛建卫. 科技通报. 2019(06)
[5]木质纤维原料与纤维素酶相互作用的研究进展[J]. 万广聪,贾转,李明富,覃程荣,王双飞,闵斗勇. 中国造纸学报. 2018(03)
[6]甘露聚糖酶促进纤维素酶水解转化马尾松聚糖至可发酵单糖[J]. 张雨情,张玲玲,吴珊珊,张月美,吴淑芳. 纤维素科学与技术. 2018(03)
[7]表面活性剂辅助离子液体预处理稻秆的酶解动力学与结构变化分析[J]. 张耿崚,陈细妹,韩业钜,王小琴,邱晓盛,张永亮,叶志超. 环境科学学报. 2017(02)
[8]生物质能作为新能源的应用现状分析[J]. 杨艳华,汤庆飞,张立,郑仕鸿. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2015(01)
[9]世界纤维素燃料乙醇产业化进展[J]. 张宇,许敬亮,袁振宏,庄新姝,谭宇. 当代化工. 2014(02)
[10]DFRC法在木素结构研究中的应用[J]. 王少光,武书彬,朱小林. 中国造纸学报. 2005(02)
博士论文
[1]酶水解漂白针叶木纤维结构和性能的研究[D]. 杜敏.陕西科技大学 2013
硕士论文
[1]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[D]. 林美露.华南理工大学 2018
[2]利用QCM研究木质素结构对纤维素酶吸附和酶水解的影响[D]. 曹婷月.南京林业大学 2018
[3]利用石英晶体微天平研究木质素对木质纤维原料酶水解的影响[D]. 姜冲.南京林业大学 2017
[4]磺化木质素促进木质纤维素酶水解的作用机制[D]. 朱杨苏.南京林业大学 2017
[5]长枝木霉内切葡聚糖酶Ⅰ的基因克隆及热稳定性的定向进化[D]. 黄奋飞.福建农林大学 2012
本文编号：3450138
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
预处理前后木质纤维原料的结构变化
?胤肿幽诓康?无定形区，产生新的末端；纤维二糖水解酶CBH以纤维二糖为单位由末端进行水解，每次水解产生一个纤维二糖分子；β-葡萄糖苷酶BG将纤维二糖以及低聚糖水解为葡萄糖。一般，纤维素酶分子由吸附域(cellulosebindingdomain，CBD)、催化域(catalyticdomain，CD)以及连接吸附域与催化域的肽链(linker)组成，整个酶分子结构呈蝌蚪形(图1-2)。吸附域可以提高纤维素酶在纤维素上的结合力、破坏纤维素的超分子结构，具有疏解结晶纤维素、提高纤维素酶的溶解性的能力[31]。催化域对纤维素酶的催化活力起决定作用[31]。图1-2纤维素的酶结构模型[32]Fig.1-2Thestructureofcellulase[32].木质纤维原料若要达到高效糖化效果所需酶用量较大，而目前纤维素酶的生产成本较高，这限制了木质纤维原料的大规模工业化应用。如何提高酶水解效率同时降低酶用量、降低酶解糖化过程成本有着重要意义。1.1.2.2影响酶水解效率的因素酶解过程即通过碳水化合物水解酶在一定条件下处理木质纤维素底物，将碳水化合物转化为可发酵单糖，主要包括三步：酶蛋白吸附到纤维素表面、酶蛋白降解纤维素至可
7图1-3两点传质模型图[58]Fig.1-3Two-sitetransitionmodel[58].尽管大量研究表明木质素的存在会降低木质纤维原料的酶解糖转化率，但由于木质素以及纤维素酶结构的复杂性，目前依旧没有确定的理论可以解释木质素与纤维素酶间的相互作用机制。很多研究表明，酶在木质素上的非特异性吸附并不仅仅是单一因素影响的，目前主要受认可的有疏水作用、静电作用以及氢键作用等因素[59–61]。下面就木质素与纤维素酶间的几种相互作用做简要介绍。1.2.3.1疏水作用在水溶液中，蛋白质和木质素表面的疏水性越强，两者被水排挤而聚集的倾向就越明显[62]。木质素表面具有一定的疏水能力，多数纤维素酶表面富含疏水的氨基酸残基[43]，例如色氨酸及芳香族氨基酸[39,43]，因此导致酶蛋白与木质素可通过疏水作用产生非特异性吸附。由于预处理暴露更多的木质素，所以酶蛋白在预处理后底物上的非生产性吸附多于在天然底物上的吸附。目前很多研究表明疏水作用是影响酶在木质素上非生产性吸附的主要因素[41]。Qin等通过原子力显微镜（AFM）研究疏水作用、静电作用、氢键作用对纤维素酶在木质素上的非生产性吸附的影响，结果表明，疏水作用对纤维素酶在木质素上的非生产性吸附起主要作用[61]。Rahikainen等通过基因工程改变纤维素酶吸附域（CBM）的氨基酸，从而改变吸附域的疏水性，以研究吸附域疏水性不同的纤维素酶在云杉、麦草木质素上的吸附作用，结果表明，纤维素酶吸附域的疏水性增加，纤维素酶在木质素上的吸附量增加[59]。而Sammon等通过软件Rosetta计算蛋白表面疏水性，同时测定蛋白的其他基本性质，如蛋白分子量、等电点、总疏水面积，以确定影响酶结合木质素的因素。研究结果表明：酶蛋白表面疏水性越高，酶蛋白在木质素上的吸附量越大，据此认为，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]两种不同来源的绿色木霉降解木质纤维素研究[J]. 赵爽,李婉云,杨静雅,侯怡婷,赵丽莉,贺学礼. 菌物学报. 2020(05)
[2]木质纤维素预处理技术研究进展[J]. 曹运齐,解先利,郭振强,王严严,刘云云,吴蔼民,赵于. 化工进展. 2020(02)
[3]复合菌系预处理和强化对玉米秸秆沼气发酵效率的影响[J]. 祝其丽,王彦伟,谭芙蓉,吴波,代立春,胡国全,何明雄. 中国沼气. 2019(04)
[4]螺杆挤压法木质纤维素预处理的研究进展[J]. 虞雯,泮国荣,肖竹钱,沙如意,葛青,范煜,毛建卫. 科技通报. 2019(06)
[5]木质纤维原料与纤维素酶相互作用的研究进展[J]. 万广聪,贾转,李明富,覃程荣,王双飞,闵斗勇. 中国造纸学报. 2018(03)
[6]甘露聚糖酶促进纤维素酶水解转化马尾松聚糖至可发酵单糖[J]. 张雨情,张玲玲,吴珊珊,张月美,吴淑芳. 纤维素科学与技术. 2018(03)
[7]表面活性剂辅助离子液体预处理稻秆的酶解动力学与结构变化分析[J]. 张耿崚,陈细妹,韩业钜,王小琴,邱晓盛,张永亮,叶志超. 环境科学学报. 2017(02)
[8]生物质能作为新能源的应用现状分析[J]. 杨艳华,汤庆飞,张立,郑仕鸿. 重庆科技学院学报(自然科学版). 2015(01)
[9]世界纤维素燃料乙醇产业化进展[J]. 张宇,许敬亮,袁振宏,庄新姝,谭宇. 当代化工. 2014(02)
[10]DFRC法在木素结构研究中的应用[J]. 王少光,武书彬,朱小林. 中国造纸学报. 2005(02)
博士论文
[1]酶水解漂白针叶木纤维结构和性能的研究[D]. 杜敏.陕西科技大学 2013
硕士论文
[1]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[D]. 林美露.华南理工大学 2018
[2]利用QCM研究木质素结构对纤维素酶吸附和酶水解的影响[D]. 曹婷月.南京林业大学 2018
[3]利用石英晶体微天平研究木质素对木质纤维原料酶水解的影响[D]. 姜冲.南京林业大学 2017
[4]磺化木质素促进木质纤维素酶水解的作用机制[D]. 朱杨苏.南京林业大学 2017
[5]长枝木霉内切葡聚糖酶Ⅰ的基因克隆及热稳定性的定向进化[D]. 黄奋飞.福建农林大学 2012
本文编号：3450138
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