纖維素乙醇對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要作用。我國提出2025年力爭纖維素乙醇實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),但木質(zhì)纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的過程還存在很多技術(shù)瓶頸。在木質(zhì)纖維素酶解階段,存在酶解效率低、酶解成本高等問題,導(dǎo)致后續(xù)發(fā)酵所得乙醇產(chǎn)率低、乙醇分離成本高。添加表面活性劑作為酶解助劑不僅操作簡單,還可以有效提高酶解效率和減少纖維素酶用量。木質(zhì)素磺酸鈉和十六烷基三甲基溴化銨復(fù)配能夠有效強(qiáng)化木質(zhì)纖維素酶解;木質(zhì)素磺酸季銨鹽和甜菜堿等兩性離子表面活性劑不僅能夠強(qiáng)化木質(zhì)纖維素酶解,還可用于回收纖維素酶。本文通過研究木質(zhì)素磺酸鈉(SL)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)復(fù)配、木質(zhì)素磺酸季銨鹽(SLQA)、十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)對玉米芯殘?jiān)吖堂附獍l(fā)酵的酶解效率、乙醇產(chǎn)率、酵母細(xì)胞活性等影響,進(jìn)一步揭示了兩性離子表面活性劑對高固酶解發(fā)酵的影響機(jī)理。(1)SL和CTAB復(fù)配表面活性劑能夠減少纖維素酶在木質(zhì)素上的無效吸附,強(qiáng)化酶解,提高可發(fā)酵糖濃度。雖然SL和CTAB復(fù)配表面活性劑對葡萄糖發(fā)酵有抑制作用,但木質(zhì)素能夠吸附溶液中游離的CTAB,減少了SL和CTAB復(fù)配表面活性劑對菌種發(fā)酵葡萄糖的抑制作用,因此SL和CTAB復(fù)配表面活性劑能夠強(qiáng)化木質(zhì)纖維素高固發(fā)酵。(2)SLQA不僅能夠提高木質(zhì)纖維素酶解的糖濃度,而且還能提高發(fā)酵的乙醇產(chǎn)率。SLQA能夠通過減少纖維素酶在木質(zhì)素上的無效吸附強(qiáng)化木質(zhì)纖維素酶解,提高可發(fā)酵糖濃度,進(jìn)而促進(jìn)木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵過程。SLQA的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得其難以穿透細(xì)胞膜,因此對酵母細(xì)胞膜和酵母生存活力沒有明顯影響。(3)添加1 g/L BS-12能夠提高木質(zhì)纖維素的酶解效率和乙醇產(chǎn)率,添加5 g/L BS-12雖然能夠提高酶解效率,但是降低了乙醇產(chǎn)率。這是因?yàn)锽S-12能夠損傷酵母細(xì)胞膜進(jìn)而抑制發(fā)酵過程,但其對發(fā)酵的抑制作用受木質(zhì)素對其吸附的影響。添加1 g/L BS-12時,木質(zhì)素能夠吸附大部分BS-12,降低了溶液中BS-12的濃度,同時減少了纖維素酶的無效吸附,使得添加1 g/L BS-12能夠強(qiáng)化玉米芯殘?jiān)吖堂附獍l(fā)酵;添加5 g/L BS-12時,木質(zhì)素吸附能力有限,溶液中游離的BS-12對發(fā)酵有一定抑制作用。本文研究了兩性離子表面活性劑對木質(zhì)纖維素高固酶解發(fā)酵過程的影響及其機(jī)理。研究結(jié)果有助于推動兩性離子表面活性劑特別是木質(zhì)素兩性離子表面活性劑在強(qiáng)化酶解和發(fā)酵中的應(yīng)用,同時也有利于實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素的高值化利用。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ223.122;TQ920.6
【部分圖文】：

圖 1-1 植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模型圖[18]Fig. 1-1 structure model of plant cell wall[18]是一類異質(zhì)多糖的總稱，通常有短的側(cè)鏈，是多分支的低分胞壁的初生壁和次生壁中，往往與木質(zhì)素和纖維素結(jié)合在一壁強(qiáng)度的作用[22]。不同來源的植物種類、地理位置、取材部維素的結(jié)構(gòu)也不同。半纖維素主要是由糖酸、己糖（半乳糖糖（木糖、阿拉伯糖）組成[23]。禾本科植物的半纖維素主要阿拉伯木聚糖構(gòu)成；針葉木植物的半纖維素主要是由阿拉伯糖甘露聚糖構(gòu)成；闊葉木植物的半纖維素則主要由葡萄糖甘糖構(gòu)成。由于半纖維素主鏈糖基不僅成分復(fù)雜，其連接的方中通常含有較多帶有不同支鏈的復(fù)合聚糖[23]，因此沒有能夠型。同纖維素比較而言，由于半纖維素聚合度較低，結(jié)晶區(qū)地將其降解產(chǎn)生單糖和低聚合度多糖[24]。

120]中報道的纖維素酶 CTec2 中主要組分的分子量將 CTec2 組中部分條帶進(jìn)行歸屬和標(biāo)記，將其標(biāo)于圖 3-3 左側(cè)。由圖 3-3 可知，SL 和 CTAB 復(fù)配能夠在一定程度上減少多個纖維素酶組分在木質(zhì)素上的吸附。對照組的β-GL 完全吸附于木質(zhì)素上，添加 SL 和 CTAB 復(fù)配表面活性劑能夠很大程度上降低β-GL 在木質(zhì)素上的吸附，但是對于 EG IV、EG III、EG V、Xyn等纖維素酶組分在木質(zhì)素上的吸附影響不大。由此可見，SL 和 CTAB 復(fù)配表面活性劑對于減少不同纖維素酶組分在木質(zhì)素上的無效吸附作用效果是不同的，這也是其對于強(qiáng)化木質(zhì)纖維素酶解作用有限的原因之一。3.2.2 SL 與 CTAB 復(fù)配對玉米芯殘?jiān)胪礁吖堂附獍l(fā)酵的影響SL 和 CTAB 復(fù)配表面活性劑能夠促進(jìn)木質(zhì)纖維素酶解，但是在木質(zhì)纖維素酶解過程中添加的 CTAB 是一種陽離子季銨鹽型表面活性劑，可能會影響后續(xù)的微生物發(fā)酵過程中

圖 3-7 SLQA 對木質(zhì)素吸附纖維素酶的影響Fig. 3-7 Effect of SLQA on the adsorption of cellulase on lignin3-7中CTec2 組條帶為纖維素酶溶液條帶，Marker組為標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)的條帶質(zhì)素吸附纖維素酶達(dá)平衡后上清液中纖維素酶的條帶，SLQA 組為添加了質(zhì)素磺酸季銨鹽后木質(zhì)素吸附纖維素酶達(dá)到平衡時上清液中纖維素酶的條文獻(xiàn)[119, 120]中報道的纖維素酶 CTec2 中主要組分的分子量將 CTec2 組中歸屬和標(biāo)記，將其標(biāo)于圖 3-7 左側(cè)。圖 3-7 可知，SLQA 能夠在一定程度上減少 CBHI、CBHII、EGI、EGII、 多種纖維素酶組分在木質(zhì)素上的吸附，但是其對于β-GL、EG V、Xyn 纖木質(zhì)素上的吸附影響不大，添加較高濃度的 SLQA 能夠更好地減少木質(zhì)素?zé)o效吸附。由此可見，SLQA 對于減少不同纖維素酶組分在木質(zhì)素上的無果是不同的，這也是 SLQA 對于強(qiáng)化木質(zhì)纖維素酶解作用有限的原因之一
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2857431