论文部分内容阅读
化石能源利用所带来的环境污染日益严重,寻找清洁型可再生能源替代品迫在眉睫。木质纤维素是地球上较丰富的生物质资源,利用生物转化技术将其转化为能源和化学品,是缓和环境污染问题的有效途径。甘蔗渣由于其自然丰度大、碳水化合物含量高受到了较大的关注。然而甘蔗渣具有能够抵御外界微生物和降解酶侵袭的顽抗性,同时木质素会不可逆吸附纤维素酶,导致纤维素酶水解效率较低,因此寻求有效的破坏木质纤维素致密结构以及脱除木质素的预处理方法显得尤为重要。此外,探索木质素对纤维素酶无效吸附的机制可为寻求提高酶解效率的策略提供基础。本文研究了 Soda绿液-乙醇和Soda绿液-亚硫酸盐两种预处理方式对甘蔗渣木质素脱除率、底物可及性和72 h酶解葡萄糖得率的影响,比较了 pH值变化对两种绿液预处理甘蔗渣等温吸附曲线的影响;探讨了 Soda绿液-乙醇底物酶解木质素对纤维素酶等温吸附曲线、微晶纤维素酶解及可及性等的影响;筛选了能够促进酶解效率的表面活性剂及其与可溶性木质素的复合物,探索了可溶性木质素复合物对酶解木质素吸附和解吸附纤维素酶动力学的影响,具体结论如下:甘蔗渣经Soda绿液-乙醇和Soda绿液-亚硫酸盐预处理,研究了 72 h酶解葡萄糖得率与木质素脱除率、底物可及性之间的关系。在160℃、1.5 mL绿液/g-底物预处理下,甘蔗渣可达最大木质素脱除率,分别为85.2%和85.5%。在绿液用量相同的情况下(1.5 mL绿液/g-底物),温度由100℃升高至160℃时,木质素脱除率呈上升趋势,预处理甘蔗渣的72 h酶解葡萄糖得率也随之提高。底物可及性与甘蔗渣72 h酶解葡萄糖得率变化趋势相同。Soda绿液预处理甘蔗渣对纤维素酶的等温吸附曲线用不同的模型进行模拟。当pH由4.8升至9.0时,Soda绿液-乙醇底物对纤维素酶的最大吸附量和吸附强度都随pH升高而降低,而pH变化未能引起Soda绿液-亚硫酸盐预处理甘蔗渣酶吸附量的明显变化。研究了四种Soda绿液-乙醇甘蔗渣的酶解木质素PTL100/1.5、PTL120/1.5、PTL140/1.5和PTL160/1.5对微晶纤维素可及性、微晶纤维素酶解效率等的影响。随着预处理温度的增加,PTL重均Mw分子量和数均Mn分子量均增加;且微晶纤维素可及性随着PTL分子量的增加而降低。PTL的添加可使微晶纤维素的酶解效率降低;PTL降低纤维二糖酶活性,且两性离子表面活性剂CHAPS的添加可使失活作用减轻;另外PTL100/1.5和120/1.5可降低纤维素酶组分之间的协同效应,且非离子表面活性剂TritonX-100的加入可提高协同度。四种PTL等温吸附曲线表明,PTL对纤维素酶吸附属物理吸附,且是自发反应过程。高底物浓度及低加酶量下,研究了可溶性木质素复合物LE140/1.5-Triton X-100对Soda绿液预处理甘蔗渣葡萄糖产量的影响。在9 FPU/g-纤维素加酶量下,LE140/1.5-Triton X-100可以使20%底物浓度下的Soda绿液-乙醇甘蔗渣酶解体系中的葡萄糖含量由23.6 g/L升高至63.5 g/L,使15%底物浓度的绿液-亚硫酸底物由19.7 g/L升至 33.6 g/L。Soda绿液预处理甘蔗渣酶水解随时间变化过程用分形动力学模拟。研究发现LE140/1.5-Triton X-100的加入会使Soda绿液-乙醇甘蔗渣葡萄糖生成速率常数K升入会使Soda绿液-亚硫酸盐底物的葡萄糖生成速高,木糖生成速率常数K下降,且会使分形系数h下降;LE140/1.5-TritonX-100的加率常数K升高,分形系数h在5 FPU/g-纤维素加酶量情况下降低。在醋酸-醋酸钠、Triton X-100和LE140/1.5-Triton X-100三种体系中酶解木质素PTL 100/1.5对纤维素酶CTec2的吸附随时间变化曲线用不同反应动力学方程模拟。在LE140/1.5-Triton X-100体系中准一级吸附速率常数k1和酶最大吸附量最低。在醋酸-醋酸钠和Triton X-100体系中,吸附竞争参数γ值都大于1,而在LE140/1.5-Triton X-100体系中小于1;吸附速率KB在LE140/1.5-Triton X-100体系中最低。酶饱和PTL 100/1.5在三种体系中的解吸附动力学被模拟。解吸附速率常数Koff在LE140/1.5-Triton X-100体系中最大,解吸附速率KD、酶再循环能力参数R0和解吸附比例Rb在LE140/1.5-Triton X-100体系中最高,该体系中解吸附的蛋白质溶液中外切纤维素酶活明显高于其他两种体系。