两性离子表面活性剂对木质纤维素高固发酵的影响及其机理
发布时间：2020-10-26 19:32
纤维素乙醇对于优化能源结构、改善生态环境和促进农业发展具有重要作用。我国提出2025年力争纤维素乙醇实现规模化生产,但木质纤维素发酵生产乙醇的过程还存在很多技术瓶颈。在木质纤维素酶解阶段,存在酶解效率低、酶解成本高等问题,导致后续发酵所得乙醇产率低、乙醇分离成本高。添加表面活性剂作为酶解助剂不仅操作简单,还可以有效提高酶解效率和减少纤维素酶用量。木质素磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵复配能够有效强化木质纤维素酶解;木质素磺酸季铵盐和甜菜碱等两性离子表面活性剂不仅能够强化木质纤维素酶解,还可用于回收纤维素酶。本文通过研究木质素磺酸钠(SL)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)复配、木质素磺酸季铵盐(SLQA)、十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)对玉米芯残渣高固酶解发酵的酶解效率、乙醇产率、酵母细胞活性等影响,进一步揭示了两性离子表面活性剂对高固酶解发酵的影响机理。(1)SL和CTAB复配表面活性剂能够减少纤维素酶在木质素上的无效吸附,强化酶解,提高可发酵糖浓度。虽然SL和CTAB复配表面活性剂对葡萄糖发酵有抑制作用,但木质素能够吸附溶液中游离的CTAB,减少了SL和CTAB复配表面活性剂对菌种发酵葡萄糖的抑制作用,因此SL和CTAB复配表面活性剂能够强化木质纤维素高固发酵。(2)SLQA不仅能够提高木质纤维素酶解的糖浓度,而且还能提高发酵的乙醇产率。SLQA能够通过减少纤维素酶在木质素上的无效吸附强化木质纤维素酶解,提高可发酵糖浓度,进而促进木质纤维素乙醇发酵过程。SLQA的三维网络结构使得其难以穿透细胞膜,因此对酵母细胞膜和酵母生存活力没有明显影响。(3)添加1 g/L BS-12能够提高木质纤维素的酶解效率和乙醇产率,添加5 g/L BS-12虽然能够提高酶解效率,但是降低了乙醇产率。这是因为BS-12能够损伤酵母细胞膜进而抑制发酵过程,但其对发酵的抑制作用受木质素对其吸附的影响。添加1 g/L BS-12时,木质素能够吸附大部分BS-12,降低了溶液中BS-12的浓度,同时减少了纤维素酶的无效吸附,使得添加1 g/L BS-12能够强化玉米芯残渣高固酶解发酵;添加5 g/L BS-12时,木质素吸附能力有限,溶液中游离的BS-12对发酵有一定抑制作用。本文研究了两性离子表面活性剂对木质纤维素高固酶解发酵过程的影响及其机理。研究结果有助于推动两性离子表面活性剂特别是木质素两性离子表面活性剂在强化酶解和发酵中的应用,同时也有利于实现木质素的高值化利用。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ223.122;TQ920.6
【部分图文】：
图 1-1 植物细胞壁结构模型图[18]Fig. 1-1 structure model of plant cell wall[18]是一类异质多糖的总称，通常有短的侧链，是多分支的低分胞壁的初生壁和次生壁中，往往与木质素和纤维素结合在一壁强度的作用[22]。不同来源的植物种类、地理位置、取材部维素的结构也不同。半纤维素主要是由糖酸、己糖（半乳糖糖（木糖、阿拉伯糖）组成[23]。禾本科植物的半纤维素主要阿拉伯木聚糖构成；针叶木植物的半纤维素主要是由阿拉伯糖甘露聚糖构成；阔叶木植物的半纤维素则主要由葡萄糖甘糖构成。由于半纤维素主链糖基不仅成分复杂，其连接的方中通常含有较多带有不同支链的复合聚糖[23]，因此没有能够型。同纤维素比较而言，由于半纤维素聚合度较低，结晶区地将其降解产生单糖和低聚合度多糖[24]。
120]中报道的纤维素酶 CTec2 中主要组分的分子量将 CTec2 组中部分条带进行归属和标记，将其标于图 3-3 左侧。由图 3-3 可知，SL 和 CTAB 复配能够在一定程度上减少多个纤维素酶组分在木质素上的吸附。对照组的β-GL 完全吸附于木质素上，添加 SL 和 CTAB 复配表面活性剂能够很大程度上降低β-GL 在木质素上的吸附，但是对于 EG IV、EG III、EG V、Xyn等纤维素酶组分在木质素上的吸附影响不大。由此可见，SL 和 CTAB 复配表面活性剂对于减少不同纤维素酶组分在木质素上的无效吸附作用效果是不同的，这也是其对于强化木质纤维素酶解作用有限的原因之一。3.2.2 SL 与 CTAB 复配对玉米芯残渣半同步高固酶解发酵的影响SL 和 CTAB 复配表面活性剂能够促进木质纤维素酶解，但是在木质纤维素酶解过程中添加的 CTAB 是一种阳离子季铵盐型表面活性剂，可能会影响后续的微生物发酵过程中
图 3-7 SLQA 对木质素吸附纤维素酶的影响Fig. 3-7 Effect of SLQA on the adsorption of cellulase on lignin3-7中CTec2 组条带为纤维素酶溶液条带，Marker组为标准蛋白质的条带质素吸附纤维素酶达平衡后上清液中纤维素酶的条带，SLQA 组为添加了质素磺酸季铵盐后木质素吸附纤维素酶达到平衡时上清液中纤维素酶的条文献[119, 120]中报道的纤维素酶 CTec2 中主要组分的分子量将 CTec2 组中归属和标记，将其标于图 3-7 左侧。图 3-7 可知，SLQA 能够在一定程度上减少 CBHI、CBHII、EGI、EGII、 多种纤维素酶组分在木质素上的吸附，但是其对于β-GL、EG V、Xyn 纤木质素上的吸附影响不大，添加较高浓度的 SLQA 能够更好地减少木质素无效吸附。由此可见，SLQA 对于减少不同纤维素酶组分在木质素上的无果是不同的，这也是 SLQA 对于强化木质纤维素酶解作用有限的原因之一
【参考文献】
本文编号：2857431
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ223.122;TQ920.6
【部分图文】：
图 1-1 植物细胞壁结构模型图[18]Fig. 1-1 structure model of plant cell wall[18]是一类异质多糖的总称，通常有短的侧链，是多分支的低分胞壁的初生壁和次生壁中，往往与木质素和纤维素结合在一壁强度的作用[22]。不同来源的植物种类、地理位置、取材部维素的结构也不同。半纤维素主要是由糖酸、己糖（半乳糖糖（木糖、阿拉伯糖）组成[23]。禾本科植物的半纤维素主要阿拉伯木聚糖构成；针叶木植物的半纤维素主要是由阿拉伯糖甘露聚糖构成；阔叶木植物的半纤维素则主要由葡萄糖甘糖构成。由于半纤维素主链糖基不仅成分复杂，其连接的方中通常含有较多带有不同支链的复合聚糖[23]，因此没有能够型。同纤维素比较而言，由于半纤维素聚合度较低，结晶区地将其降解产生单糖和低聚合度多糖[24]。
120]中报道的纤维素酶 CTec2 中主要组分的分子量将 CTec2 组中部分条带进行归属和标记，将其标于图 3-3 左侧。由图 3-3 可知，SL 和 CTAB 复配能够在一定程度上减少多个纤维素酶组分在木质素上的吸附。对照组的β-GL 完全吸附于木质素上，添加 SL 和 CTAB 复配表面活性剂能够很大程度上降低β-GL 在木质素上的吸附，但是对于 EG IV、EG III、EG V、Xyn等纤维素酶组分在木质素上的吸附影响不大。由此可见，SL 和 CTAB 复配表面活性剂对于减少不同纤维素酶组分在木质素上的无效吸附作用效果是不同的，这也是其对于强化木质纤维素酶解作用有限的原因之一。3.2.2 SL 与 CTAB 复配对玉米芯残渣半同步高固酶解发酵的影响SL 和 CTAB 复配表面活性剂能够促进木质纤维素酶解，但是在木质纤维素酶解过程中添加的 CTAB 是一种阳离子季铵盐型表面活性剂，可能会影响后续的微生物发酵过程中
图 3-7 SLQA 对木质素吸附纤维素酶的影响Fig. 3-7 Effect of SLQA on the adsorption of cellulase on lignin3-7中CTec2 组条带为纤维素酶溶液条带，Marker组为标准蛋白质的条带质素吸附纤维素酶达平衡后上清液中纤维素酶的条带，SLQA 组为添加了质素磺酸季铵盐后木质素吸附纤维素酶达到平衡时上清液中纤维素酶的条文献[119, 120]中报道的纤维素酶 CTec2 中主要组分的分子量将 CTec2 组中归属和标记，将其标于图 3-7 左侧。图 3-7 可知，SLQA 能够在一定程度上减少 CBHI、CBHII、EGI、EGII、 多种纤维素酶组分在木质素上的吸附，但是其对于β-GL、EG V、Xyn 纤木质素上的吸附影响不大，添加较高浓度的 SLQA 能够更好地减少木质素无效吸附。由此可见，SLQA 对于减少不同纤维素酶组分在木质素上的无果是不同的，这也是 SLQA 对于强化木质纤维素酶解作用有限的原因之一
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 石元春;;中国生物质原料资源[J];中国工程科学;2011年02期
2 罗鹏;刘忠;;表面活性剂对麦草同步糖化发酵转化乙醇的影响[J];过程工程学报;2009年02期
3 卫云路;郑成;宁正祥;;表面活性剂作为发酵促进剂的国内外研究进展[J];化工进展;2008年07期
相关博士学位论文 前1条
1 孙晓琦;硬质阔叶木木质纤维素乙醇发酵的研究[D];北京林业大学;2013年
本文编号：2857431
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2857431.html
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