【摘要】：木質(zhì)纖維素酶解糖化是木質(zhì)纖維素通過(guò)糖平臺(tái)轉(zhuǎn)化為燃料乙醇的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在酶解糖化過(guò)程中,纖維素酶吸附在纖維素上是纖維素酶降解纖維素的重要前提。然而,木質(zhì)素會(huì)無(wú)效吸附纖維素酶,降低纖維素酶的利用率,導(dǎo)致酶解成本居高不下。本文利用石英晶體微天平(QCM-D)和聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)技術(shù)研究復(fù)合纖維素酶(CTec2)在木質(zhì)素上的吸附行為,分析了木質(zhì)素與纖維素酶之間的相互作用力,在此基礎(chǔ)上研究了β-葡萄糖苷酶和尿素對(duì)木質(zhì)纖維素酶解的影響,闡述了其強(qiáng)化酶解的機(jī)理。首先,采用QCM-D技術(shù)研究緩沖液pH、離子強(qiáng)度和尿素對(duì)CTec2在木質(zhì)素膜上吸附行為的影響。結(jié)果表明,當(dāng)緩沖液pH從3.6升至5.7時(shí),CTec2在木質(zhì)素上的吸附量先增大后減小,當(dāng)pH為4.8時(shí),CTec2的吸附量隨離子強(qiáng)度的增加而減少,說(shuō)明CTec2與木質(zhì)素之間存在靜電作用;當(dāng)pH為4.8時(shí),CTec2在木質(zhì)素上的吸附量隨尿素的增加而減少,說(shuō)明CTec2和木質(zhì)素之間存在氫鍵作用。其次,利用SDS-PAGE技術(shù)研究緩沖液pH、離子強(qiáng)度、尿素和表面活性劑對(duì)CTec2中各個(gè)組分在木質(zhì)素上吸附的影響。結(jié)果表明,緩沖液pH、離子強(qiáng)度、尿素及表面活性劑對(duì)β-葡萄糖苷酶BGL、內(nèi)切酶EG III和內(nèi)切酶EG V在木質(zhì)素上吸附的影響很小,但對(duì)外切酶CBH I、外切酶CBH II、內(nèi)切酶EG I、內(nèi)切酶EG II、內(nèi)切酶EG IV及木聚糖酶Xyn的影響很大,其中BGL、EG III和EG V在木質(zhì)素上的吸附率維持在80~100%之間。CTec2中各個(gè)組分與木質(zhì)素之間的結(jié)合力大小排序?yàn)?BGL、EG III和EG V最大,Xyn次之,CBH I、CBH II、EG I、EG II和EG IV最小。當(dāng)緩沖液pH為4.8時(shí),增加離子強(qiáng)度和尿素濃度對(duì)BGL和EG III在木質(zhì)素上吸附的影響很小,說(shuō)明在酶解條件下BGL和EG III與木質(zhì)素之間的相互作用以疏水作用為主。當(dāng)緩沖液pH為4.8時(shí),增加尿素濃度和離子強(qiáng)度均能減少CBH I在木質(zhì)素上的吸附量,說(shuō)明CBH I與木質(zhì)素之間的相互作用以氫鍵作用和靜電引力為主。然后,研究了β-CTec2(CTec2中的β-葡萄糖苷酶)和Novozyme 188對(duì)木質(zhì)纖維素酶解的影響。結(jié)果表明添加Novozyme 188不能促進(jìn)CTec2對(duì)木質(zhì)纖維素的酶解,但β-CTec2可以促進(jìn)CTec2對(duì)木質(zhì)纖維素的酶解。這是因?yàn)棣?CTec2在木質(zhì)素上的吸附能力很強(qiáng),而Novozyme 188在木質(zhì)素上的吸附能力很弱,吸附在木質(zhì)素上的β-CTec2能減少內(nèi)切酶和外切酶在木質(zhì)素上的無(wú)效吸附。此外,還研究了尿素對(duì)木質(zhì)纖維素酶解的影響,結(jié)果表明低濃度尿素可以促進(jìn)木質(zhì)纖維素酶解,因?yàn)槟蛩乜梢詼p少纖維素酶在木質(zhì)素上的吸附。通過(guò)研究CTec2在木質(zhì)素上的吸附行為,揭示了CTec2與木質(zhì)素之間的相互作用,期望為減少CTec2在木質(zhì)素上的無(wú)效吸附及酶解強(qiáng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù),降低木質(zhì)纖維素酶解成本,推動(dòng)生物乙醇規(guī)�；a(chǎn)。
【圖文】：

纖維素、半纖維素和木質(zhì)素共同構(gòu)成植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)骨架，，圖1-2 是典型的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)示意圖[8, 9]。植物細(xì)胞壁的層次結(jié)構(gòu)一般分為初生壁（Primary wall，PW）、次生壁（Secondary wall，SW）和胞間層（Middle lamella，ML），其中次生壁又可分為三層，分別為外層（SW1）、中間層（SW2）和內(nèi)層（SW3）。當(dāng)次生壁 S1層形成時(shí)，初生壁的角隅部分和胞間層開(kāi)始木質(zhì)化形成木質(zhì)素，隨著植物組織的成長(zhǎng)，木質(zhì)素逐漸在 S2和 S3層內(nèi)沉積。在次生壁各層形成的同時(shí)，纖維素逐漸分布于各層次生壁中，其中大部分纖維素存在于次生壁的中間層內(nèi)。木質(zhì)素、半纖維素和其他聚合物（如果膠）以氫鍵和共價(jià)鍵的形式緊緊纏繞在纖維素表面，充當(dāng)“粘合劑”和“填充劑”，形成緊密的結(jié)構(gòu)。木質(zhì)纖維素的組成受很多因素影響，例如植物種類、植物年齡和植物的生長(zhǎng)環(huán)境。硬木、軟木和草類植物細(xì)胞壁的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量分布如表 1-1 所示。軟木和硬木含有較多的纖維素，而草類植物則?

圖 1-5 纖維素酶降解纖維素的機(jī)理示意圖Figure 1-5 Mechanism of cellulose degradation by cellulase纖維素酶解的抑制作用對(duì)纖維素酶的物理阻礙作用壁中，木質(zhì)素緊緊纏繞著纖維素和半纖維素，維持植物細(xì)胞纖維素和半纖維素膨脹。此外，木質(zhì)素的疏水性較強(qiáng)，其存纖維素難以在水中溶脹，并限制了纖維素酶與纖維素接觸。中的木質(zhì)素是促進(jìn)木質(zhì)纖維素酶解的有效方法[36-38]。不過(guò)，素對(duì)纖維素酶可及性的先決條件，底物中木質(zhì)素的含量不是素。有些預(yù)處理雖然只能除去木質(zhì)纖維素中少部分的木質(zhì)素構(gòu)，增加纖維素對(duì)纖維素酶的可及性，從而促進(jìn)纖維素酶解[3
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O636.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665852