【摘要】：隨著化石能源的日漸枯竭和全球能源危機(jī)的加劇,可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越備受各國(guó)政府和科技工作者的關(guān)注。生物質(zhì)能作為一類(lèi)最重要的能量來(lái)源,在替代傳統(tǒng)的化石燃料,減輕環(huán)境污染,緩解能源危機(jī)等方面發(fā)揮著不可替代的作用。新型的“高能作物”甜高粱,在保障國(guó)家能源和糧食危機(jī)及環(huán)境保護(hù)方面具有重要作用,尤其是甜高粱秸稈作為一類(lèi)重要的生物質(zhì)材料,近年來(lái)被各國(guó)科學(xué)家所重視,其經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益也日漸凸顯。目前生物質(zhì)材料利用途徑中最具前景的方法是生物降解,該方法主要是利用纖維素酶分解木質(zhì)纖維素生產(chǎn)可發(fā)酵糖,進(jìn)而生產(chǎn)燃料乙醇、丁醇等生物燃料及其他高附加值的化工產(chǎn)品。由于在生物質(zhì)材料中存在“生物質(zhì)抗降解屏障”,致使生物質(zhì)的酶解轉(zhuǎn)化難度大、成本高、效率低。目前,有兩種提高生物質(zhì)材料酶水解產(chǎn)率的思路:一、篩選并研制高降解能力的纖維素酶;二、預(yù)處理生物質(zhì)材料提高酶對(duì)底物的可及度,最大程度地提高酶水解產(chǎn)率。本論文主要通過(guò)對(duì)5組自制纖維素酶對(duì)甜高粱秸稈水解效果的研究,優(yōu)選對(duì)甜高粱秸稈具有高降解能力的纖維素酶。為提高酶對(duì)甜高粱秸稈的水解產(chǎn)率,對(duì)煙曲霉MS160.53所產(chǎn)的纖維素酶進(jìn)行組分分析,建立了纖維素酶BGL比例函數(shù)復(fù)配模型,指導(dǎo)對(duì)有BGL缺乏的纖維素酶進(jìn)行復(fù)配。同時(shí)采用重離子束輻照預(yù)處理甜高粱秸稈用以破壞其生物質(zhì)抗降解屏障,提高酶對(duì)底物的可及度和水解程度,并借助XRD、FTIR和AFM對(duì)重離子預(yù)處理甜高粱秸稈酶水解產(chǎn)率提高的機(jī)理進(jìn)行了探究。主要研究結(jié)果如下:1.高效降解甜高粱秸稈產(chǎn)糖的纖維素酶優(yōu)選研究?jī)?yōu)選出了能高效降解甜高粱秸稈的纖維素酶,對(duì)甜高粱秸稈的水解產(chǎn)率達(dá)到12.16%,其生產(chǎn)菌株可用于甜高粱秸稈生產(chǎn)生物燃料所需纖維素酶的優(yōu)選菌株,將極大地促進(jìn)甜高粱秸稈生物質(zhì)資源在生物質(zhì)能方面的應(yīng)用。2.纖維素酶復(fù)配提高甜高粱秸稈分解能力的研究建立了纖維素酶中BGL比例函數(shù)復(fù)配模型y=1183.9x+3.4255,其R~2=0.9878,復(fù)配后,對(duì)甜高粱秸稈的酶水解產(chǎn)率為19.26%,比未復(fù)配酶提高了15.2%(P0.05)。纖維素酶中BGL比例復(fù)配為高效分解利用甜高粱秸稈木質(zhì)纖維素提拱了新的視角。3.重離子束輻照預(yù)處理提高甜高粱秸稈酶解產(chǎn)率的研究600 Gy重離子輻照預(yù)處理的甜高粱秸稈酶解36 h時(shí)水解產(chǎn)率為34.43%,較對(duì)照提高了46.7%。對(duì)其機(jī)理研究表明:甜高粱秸稈表面超微結(jié)構(gòu)改變是重離子輻照預(yù)處理水解產(chǎn)率提高的主要因素。此外,重離子輻照預(yù)處理還造成甜高粱秸稈纖維素非晶體區(qū)不同程度的破壞及晶體纖維素I_α中氫鍵逐步斷裂形成較穩(wěn)定的I_β。這表明重離子輻照可作為一種有效提高木質(zhì)纖維素酶解產(chǎn)率的新型預(yù)處理技術(shù),填補(bǔ)了其在輻照預(yù)處理生物質(zhì)材料領(lǐng)域的空白。
【圖文】：

[12]。木質(zhì)纖維素是目前世界上最具潛力的圖1.1 木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.1 Structure diagram of lignocellulose

圖 1.2 纖維素 Iα和 IIII的結(jié)構(gòu)模式圖及其酶解[17]Figure 1.2 Model of cellulose Iαand IIIIand its to hydrolysis by cellulase.2.3.2 纖維素的生物降解機(jī)理纖維素的生物降解主要是在纖維素酶的作用下，通過(guò)酶水解纖維素聚合-1-4 糖苷鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的。纖維素完全水解成葡萄糖需要至少三種酶的協(xié)同作外切葡聚糖酶（EC.3.2.1.91,CBH）、內(nèi)切葡聚糖酶（EC3.2.1.4,EG）和 β苷酶（EC 3.2.1.21, BGL），整個(gè)降解過(guò)程主要包括三個(gè)步驟：首先，EG攻擊纖維素的非晶態(tài)區(qū)域，隨機(jī)斷開(kāi)多糖內(nèi)部的糖苷鍵，從而為外切葡聚CBH)提供還原性或非還原性的低聚糖末端；然后，，CBH 會(huì)循序漸進(jìn)地從這糖的末端水解生成纖維二糖；最后，BGL 進(jìn)一步將纖維二糖水解成葡萄糖可溶性纖維二糖的非還原性末端釋放葡萄糖[19,20](如圖 1.3)。由此可見(jiàn)：纖
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X712

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本文編號(hào)：2691230