木聚糖降解酶与纤维素酶协同水解大米草联产可发酵糖

【摘要】：纤维素、半纤维素及木质素是木质纤维素生物质的三大主要组成成分,脱除木质素以高效水解利用纤维素及半纤维素为发酵单糖(葡萄糖与木糖)或者高附加价值的产品(低聚木糖,阿拉伯糖,阿魏酸等),尤其是水解半纤维素为低聚木糖对于木质纤维素生物质的生物利用具有重要意义。目前,由于生物质中所含有的木质素及纤维素结构的阻碍作用,木聚糖酶对底物木聚糖的可及性较低,从而限制了半纤维素高效水解转化为低聚木糖/木糖。本论文利用碱预处理脱除大米草中的木质素,进而利用实验室的重组发酵的半纤维素酶及商品纤维素酶逐步水解经氢氧化钠预处理的大米草中的纤维素及半纤维素,在得到低聚木糖的同时,充分水解了大米草中的纤维素得到葡萄糖。本研究的主要结果如下:(1)用重组内切-β-1,4-木聚糖酶(AnXyn1OC)水解经不同氢氧化钠预处理条件处理的大米草,以所得的还原糖浓度为标准,利用响应面法得出最优碱预处理条件为:1.35%的氢氧化钠溶液,固:液=1:10,在61℃下处理72 min。在此条件下木质素含量从原料的25.73%降至20.72%,纤维素含量从原料的34.04%增长至48.40%,半纤维素含量从原料的26.45%增至28.56%。同时还探究了氨水/双氧水及球磨处理对大米草底物组成,结构及后续协同酶解效果的影响。结果说明,氨水/双氧水预处理对大米草具有良好的脱木质素效果,球磨能够破坏大米草纤维素的结晶区,两者都对后续的木聚糖酶水解效率起促进作用。(2)利用重组内切-β-1,4-木聚糖酶(AnXyn1OC)与重组α-L-阿拉伯糖苷酶(AnAxh62A)协同水解经最优碱预处理条件处理的大米草,经HPLC分析水解液可知半纤维素水解率为35.82%,主要成分为13.49%的木糖,63.93%的木二糖,10.22%的木三糖以及12.37%的阿拉伯糖,MALDI-TOF-MS进一步确定水解液中含有阿拉伯木二糖,阿拉伯木三糖,阿拉伯木四糖以及少量的木四糖与木五糖。(3)用商业纤维素酶进一步水解半纤维素酶协同水解所剩的水解残渣,经HPLC分析,纤维素93.74%水解为葡萄糖;另外还有25.82%残留的半纤维素被水解为木糖。(4)初步探索并对比了纤维素酶结合木聚糖酶的两步水解法与一步水解法对水解预处理生物质获得低聚木糖及葡萄糖的影响,证明了两步水解法的优势在于获得较纯净低聚木糖的同时,避免了低聚木糖对纤维素酶活性的抑制作用,有利于后续的发酵利用。综上所述,本论文利用氢氧化钠预处理的方法有效提高了木聚糖酶对底物的可及性;协同水解得到高附加价值的低聚木糖;通过两步法酶水解,利用纤维素酶协同木聚糖酶进一步水解,充分利用了大米草中的纤维素与半纤维素。