《木質素結構對纖維素酶吸附及酶水解的影響與作用機制》是依託南京林業大學，由金永燦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：木質素結構對纖維素酶吸附及酶水解的影響與作用機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：金永燦
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
水解過程中木質素對纖維素酶的非生產性吸附導致酶用量和水解成本增加，是制約木質纖維原料糖平台技術產業化的瓶頸之一，但其作用機制尚不清楚。充分認識酶在木質素表面的吸附及其對酶水解的影響機制，對減少酶用量、促進水解效率、提高酶回收率，具有重要理論意義和套用價值。本項目擬從不同原料和預處理原料中分離得到不同結構的木質素樣品，在測定其分子結構特性的基礎上，製備純木質素及含木質素纖維原料的QCM生物感測器，利用石英晶體微天平系統表征木質素對纖維素酶的吸附解吸行為，及其對酶水解的影響，建立動力學方程，同時比較含有不同結構木質素的纖維原料的酶水解糖轉化效率。研究結果將提出木質素對纖維素酶吸附的作用機制，解譯木質素分子結構與纖維素酶吸附及酶水解作用效果的構效關係，並為選擇合適的預處理方式以減少木質素對纖維素酶的無效吸附提供依據。
結題摘要
木質纖維素生物質通過適當的生物、化學等途徑可轉化為用途廣泛的生物質基產品。酶水解是木質纖維素加工利用的重要途徑，但底物木質素對纖維素酶的非生產性吸附導致酶水解效率下降、成本增加，是制約木質纖維原料糖平台技術產業化的瓶頸之一。本項目從經預處理的木材、禾草等木質纖維原料中分離製備木質素並進行結構表征，探討預處理條件下木質素結構的變化規律，以及木質素結構對纖維素酶吸附與解吸的影響，解譯預處理對酶水解的促進作用，提出適宜的預處理對木質素結構進行調控，減少底物木質素對纖維素酶的非生產性吸附，提高酶水解效率。研究發現：（1）在綠液預處理過程中楊木木質素S/G比值隨預處理用鹼量增加而上升，β−O−4連線鍵部分斷裂，縮合程度增加。（2）與莖稈比較，麥草葉子在弱鹼預處理中具有更好的脫木質素選擇性，在酶水解過程中具有更高的酶水解轉化率；葉子木質素的縮合程度相對較高，更多的β-O-4在預處理中發生斷裂。（3）溶於LiCl/DMSO體系的球磨的木質纖維素原料，無需組分分離或衍生化即可旋塗製備厚度均勻的木質纖維素全組分薄膜；QCM研究顯示底物木質素對酶吸附和水解均有重要影響，酶水解過程可分為酶吸附、快速水解和慢速水解三個階段。（4）經預處理纖維原料中木質素與纖維素酶的相互作用有一定程度的增強，採用適當的預處理方法調控底物木質素的結構，可減少底物木質素對纖維素酶的非生產性吸附，提高酶水解效率。（5）在水解體系中加入水溶性木質素可有效提高木質纖維素原料的酶水解轉化率，“競爭性吸附”理論可能是重要的作用機制。項目成果較好地解譯了底物木質素結構對酶吸附及酶水解影響的內在聯繫，並在此基礎上提出了合適的木質纖維素生物質預處理途徑，為減少木質素對纖維素酶的無效吸附，提高酶水解轉化率，構建經濟可靠的木質纖維素生物質酶水解轉化體系提供了理論依據。
