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《南京林业大学》 2017年
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磺化木质素促进木质纤维素酶水解的作用机制

朱杨苏  
【摘要】:针对酶水解体系中底物木质素对纤维素酶产生无效吸附的问题,本论文将水溶性磺化木质素(SL)添加到纤维素酶(CTec2)水解体系中,考察了SL促进木质纤维原料酶解效率的主要影响因素,并开展了SL促进木质素纤维素酶水解机制的研究。主要内容如下:1、磺化木质素对不同木质纤维素酶水解效率的影响。添加SL对微晶纤维素、漂白阔叶浆和木质素含量不同的马尾松木粉酶水解均没有明显促进作用,对酸性亚硫酸氢钠(AS)和绿液(GL)预处理的杨木浆料有明显促进作用。随着SL添加量从0 g·g-1增至0.3 g·g-1,酶水解的糖转化率呈现不断升高后逐渐平稳或下降的规律。在SL添加量为0.3g·g-1和0.2 g·g-1时,AS和GL预处理杨木浆酶水解总糖的转化率最高,分别为83.3%和91.2%。这可能与酶解底物的木质素性质和底物纤维形态有关。2、添加SL对AS和GL预处理杨木浆料酶水解pH的影响。在未添加SL时,AS和GL预处理杨木浆料的最佳酶水解pH均为4.8;当添加SL时,AS预处理杨木浆料的酶水解最佳pH值升高至5.4,而GL预处理的最佳酶水解pH(5.0)没有明显改变。这表明SL促进机制可能和酶水解pH有关。3、SL的添加方式对以AS浆料为底物的纤维素酶水解效率的影响。将SL与CTec2在4°C、0 r·min-1下混合0.5 h后添加底物进行酶水解,酶水解效果最佳,而SL与AS浆料提前混合不同时间对酶水解的影响不大,表明SL不是通过与底物相互作用而是通过与CTec2相互作用形成SL-酶复合物来实现提高酶水解效率的。4、添加SL对水解体系酶的游离度影响及其作用机制与酶水解pH的关系。酶水解48 h时的酶浓度占初始浓度的百分比从12.2%升高至25.6%,表明SL对纤维素酶水解的影响可能与其对纤维素酶吸附的影响紧密相关;酶水解pH从5.0提高至5.7时,电势电位滴定法测得的SL表面电荷量从0.63 mmol·g-1降低至0.38 mmol·g-1,表明提高的pH值可能减弱了带负电的SL与带正电纤维素酶之间的静电作用导致酶水解效率降低。5、水解体系中不同浓度磺化木质素溶液或(和)AS浆料对不同浓度纤维素酶溶液吸光值的影响。添加SL可能与CTec2发生相互作用形成SL-酶复合物,导致Bradford法测得的纤维素酶的吸光值低于未添加SL时的值。当SL溶液为2 mg·mL-1时,CTec2与SL混合液的吸光值最小。因此,SL可能与纤维素酶相互作用来减少底物木质素对酶的无效吸附从而提高酶水解,且与SL的浓度有关。6、添加SL对纤维素酶在AS和GL膜上吸附-水解的影响。在石英晶体微天平的流动池内先通SL再通CTec2溶液后,在AS和GL底物膜上的最大吸附量明显增加,AFM图显示底物膜表面吸附的纤维素酶球形颗粒变得更大,表明CTec2与SL之间发生了相互作用。当以SL和CTec2混合的方式通入,混合液对底物膜的最大吸附量明显降低,AFM图显示底物膜表面发生巨大变化,且ΔD-ΔF曲线的斜率显著增大并保持不变,表明SL可能与CTec2相互作用形成了SL-酶复合物使吸附膜的黏弹性变大,结构疏松,减少了底物木质素对酶的无效吸附。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TS711

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