树皮基于酶催化技术提取生物基多酚的研究

发布时间：2020-05-16 22:05

【摘要】：由于木材和纸浆行业存在大量的加工残留物,利用生物质废弃物制备绿色聚合物的概念得到了广泛的关注,越来越多的研究者集中于开发基于树皮提取物的新产品。本文首先采用了酶,碱和UV/H2O2处理冷杉和白杨树皮提取树皮多酚,用色谱法测定树皮提取物中多酚化合物的化学成分,研究了三种不同处理对BILP和白杨树皮的树皮残留物和多酚提取物的表面形态和化学成分的影响。BILP树皮的总化学成分为灰分(约4%),提取物(约28%),木质素(约33%),综纤维素(约39%),而混合的白杨树皮残渣由灰分约5%),提取物(约35%),Klason木质素(约34%)和综纤维素(约31%)。研究了酶,碱和UV/H2O2三种不同处理方式对提取物产量和成分的影响。研究结果显示,UV/H202处理表现出最高的多酚产量,得到了树皮质量54%的产率,与酶和碱处理方法相比,产物中木质素/单宁的量降低,而酶处理对于综纤维素回收有着明显的促进作用。通过研究含有不同木质素降解酶的酶促反应,探索了木质素酶在生物转化过程中对木质素降解作用机理。在十个不同的木质素酶生产菌株中优选出的三种不同的真菌菌株,在浸没发酵10天后,在分离的真菌菌株中观察到木质素酶的最大产量。通过对分离后的真菌菌株木质素酶筛选,发现其主要类型是锰过氧化物酶,并利用该酶氧化了各种常见的MnP底物,通过快速蛋白质液相色谱进一步测定MnP的降解产物,通过十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳评价了降解过程中的分子量变化情况,发现了其产物主要为木质素降解后的小分子量的酚类物质。通过18S核糖体DNA序列分析研究了适合用于生产木质素酶的真菌种类,选择的两个引物组来扩增18S rDNA的主要部分。结果表明,基于18S rDNA的方法是鉴定潜在真菌物种生产木质素酶的有效手段,这部分分离的真菌种产生的锰过氧化物酶(MnP)会氧化各种典型的MnP底物以及与木质素相关的多酚。实验还通过摇瓶实验中培养基的温度和pH值等参数对培养条件进行了优化,得到了生产过氧化锰的最适条件,真菌菌株培养10天后,培养基中产物木质素分解酶MnP(64IUL-1),LiP(26.4IUL/1)和漆酶(5.44IUL/1)分别达到了最高产量。此外,在培养10天后,活性艳蓝(RBBR)染料的生物脱色率为94%。在浸没发酵期间测试了八种不同的真菌菌株用于生产漆酶,在所研究的真菌菌株中,侧耳属物种真菌菌株肺炎克雷伯菌在pH 5.5和30℃的初始条件下,在培养基中表现出对漆酶的最高产量。分离后的漆酶在培养皿中对树皮进行降解实验,四周后鉴定多酚与芳香族化合物的产生情况。在培养期间,蜂蜜替代了培养基中的天然介体,漆酶活性比在培养基中没有加入蜂蜜的漆酶活性提高了约1.5倍。使用阴离子交换层析法对产生的漆酶进行了纯化,在10%ABTS作为底物的酶促反应中,酶促反应最大速度(Vmax),米氏常数(Km)和周转数(Kcat)分别为76.9μMmin-1,909μM和739min-1。在此基础上,对分离出的漆酶应用于树皮生物转化为高价值生物化学品进行了研究,利用Py-GC-MS研究了不同真菌活性对树皮处理产物的影响,结果显示不同来源的树皮降解产物分布谱图明显不同,使用高效液相色谱法以反相模式分离了所产生的多酚。研究了单花蜂蜜代替天然介体浸渍的树皮,并研究了不同真菌来源的漆酶对降解树皮产生多酚的影响。
【图文】：

示意图,高值化,木质素,示意图

塑料和热塑性弹性体，聚氨酯泡沫，生物燃料和生物聚合物以及生物化学品等众逡逑多领域ｔ２Ｎ２４Ｌ木质素作为自然界最为丰富的芳香族化合物，通过不同途径实现其高值化逡逑利用一直以来都是一个充满机遇与挑战的课题。如图１－２所示为木质纤维素的高值化转逡逑化示意图，由于木质纤维素有着复杂的结构以及较高的含量氧量，通过高效的转化方式，逡逑实现木质纤维素到平台化合物，再进一步转化为液体燃料，能够缓解石油基能源化学品逡逑的能源危机，真正解决当前面临的燃料矛盾１？２７１。逡逑Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｂｕｉｌｄｉｎｇ邋ｂｌｏｃｋｓ邋ｆｏｒ逦一广瀯＾逡逑－Ｐｔａｓｔｉｏ逦ＯＸｋ逡逑．邋ｆ－＇邋：逦？邋ｌｆ？ｄｗｔｒｉ？ｌａｄｄｉｔｉｖｅｊ邋１＾５＾逦１逡逑＇ｄ邋；－逦疆少．零零众，榦Ｅｔｈａｎ0丨。ｒ逡逑Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋＆逦＾邋＾逦Ａｄｖａｎｃｅｄ邋Ｆｕｅｌｓ逡逑Ｈｅｍｉ－ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ逦ｐ逡逑—二sE危逡逑Ｌｉｇｍｎ逦（ＪＬ＾邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ逦ＰｒｏｄＵ［ｔ５ｉｎ逡逑NB伞奢＞邋Ａｒｏｍａｔｉｃｓ邋ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ逦ｃ邋ｔＳｆ邋）＆逦Ｆｕｅｌｓ逡逑；Ｒｅｓｏｉｉｉｃｅ逦Ｏｆ邋ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ逦Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ邋＾逡逑＊邋＇ｖ＃邋／邋Ｊ逦ｍｅｔｈｏｄｓ逦逦邋＾ｓｔｌｆ逦＾逡逑ｍ邋W －．￥逡逑图１－２木质素的高值化转化示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ邋ｔｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｌｉｇｎｉｎ邋ｖａｌｏｒｉｚａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ逡逑－３邋－逡逑

水解单宁,缩合单宁,基本结构

醇）由黄酮单元组成。平均缩合度为４？１２个类黄酮单位，通常以聚合物形式存在，不逡逑会发生水解。凝缩类单宁占全球商业单宁产量的９０％以上，其主要结构由四环至四类连逡逑接的黄酮类单元组成，其中Ａ环为间苯二酚型，Ｂ环为苯酚类单体（图１－４邋），具有几逡逑种类黄酮单元连接的间苯二酚Ａ环和邻苯二酚Ｂ环［３＼逡逑在松木等树种中，类黄酮单位为主要由四至八个键连接的间苯三酚Ａ环和间苯二酚逡逑Ｂ环（儿茶素基团），其中，类间苯三酚Ａ环和苯酚Ｂ环的类黄酮单位的缩合程度要小逡逑得多。松木单宁的基本聚合物成分的结构如图１－４所示。逡逑（0Ｈ）逦（ＯＨ）逡逑，逦Ａｈ逡逑图１－４松木类单宁单元逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｐｉｎｅ邋ｔａｎｎｉｎ邋ｕｎｉｔ逡逑除了类黄酮单元之外，还含有碳水化合物，水胶体胶，氨基和亚氨基酸部分的非单逡逑宁成分也存在于树皮单宁提取物中，其中具有３％至６％浓度变化的亲水性的水解胶体树逡逑－４邋－逡逑
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ925;TQ351

【参考文献】