《破解制約竹材纖維素糖化物理和化學屏障機理的研究》是依託南京林業大學，由勇強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：破解制約竹材纖維素糖化物理和化學屏障機理的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：勇強
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目針對竹材木質素、木質素-碳水化合物複合物（LCC）含量高的組成特點，圍繞破解制約竹材纖維素糖化木質素的物理屏障和LCC的化學屏障，研究鹼性預處理主要破壞制約纖維素糖化的物理屏障、阿拉伯糖苷酶降解LCC中木聚糖與木質素連線的糖苷鍵破壞制約纖維素糖化的化學屏障的反應機理。通過竹材鹼性預處理對纖維素糖化關聯因子的影響、竹材半纖維素一級結構信息分析和LCC結構解析、木質素和LCC在預處理過程中的行為與機理、LCC在纖維素糖化過程中的行為與機理、竹材鹼性預處理和基於阿拉伯糖苷酶輔助水解耦合破解竹材纖維素糖化的物理屏障和化學屏障、基於阿拉伯糖苷酶協同水解竹材纖維素的機理與動力學的研究，闡明木質素、LCC抗竹材纖維素糖化的作用與機理，揭示木質素、LCC在竹材鹼性預處理和纖維素糖化過程中的遷移規律、結構變化與反應機理。研究結果可為竹材纖維素糖基平台技術方法的建立提供理論依據。
結題摘要
本項目針對制約竹材纖維素糖化的物理和化學屏障，開展不同鹼性預處理強度對影響纖維素糖化因子的影響作用以及這些因子與纖維素糖化效率的關係，木質素、木質素-碳水化合物複合物在鹼性預處理和基於阿拉伯糖苷酶輔助的纖維素糖化過程中的遷移規律及其機理的研究。研究結果表明：利用稀硫酸預處理竹屑，在劇烈條件下（160 °C，4%酸濃度），即使原料中全部半纖維素和17.4%的木質素被脫除，竹屑的糖化效率為24.7%，總糖得率僅為20.4%。常規的硫酸鹽法預處理，通過有效鹼、硫化度和保溫時間條件的最佳化，當最佳條件為26%有效鹼用量、24%硫化度、60 min保溫時間和160 oC時，預處理竹屑的葡聚糖和木聚糖回收率分別為85.7%和38.0%，木質素脫除率為94.8%，酶解得率和可發酵性單糖（葡萄糖和木糖）產量分別為76.8%和344 g/（1000 g竹屑），總糖得率為55.4%。稀酸法處理的竹屑酶水解性能遠不及硫酸鹽法預處理物料的原因之一，可能是殘留在物料中木質素不同物化性能（表面電荷低、疏水性強和酚羥基含量高）導致其對纖維素酶的無效吸附量大，從而造成酶水解體系中參與纖維素水解的酶減少。當低用鹼量硫酸鹽法預處理條件為12%有效鹼用量、24%硫化度和60 min保溫時間時，竹屑的木質素脫除率可達78.4%，物料酶水解得率為58.9%。該預處理條件下，雖然竹屑原料中部分LCC連線鍵發生斷裂，但仍有1.8/C900苄基醚鍵、2.8/C900苯基糖苷鍵和4.0/C900 γ-酯鍵。制約鹼預處理竹屑纖維素糖化率較低的原因主要是竹屑中富含LCC化學屏障，這些LCC類型主要為木質素-木聚糖複合物、木質素-葡聚糖複合物和木質素-阿拉伯聚糖複合物。將木聚糖酶和阿拉伯糖苷酶輔助纖維素酶水解耦合預處理竹屑的糖化，可大幅度提高酶水解得率。酶復配最佳化結果表明，120 IU/g葡聚糖木聚糖酶和15 IU/g葡聚糖阿拉伯糖苷酶酶輔助纖維素酶水解，預處理物料的葡萄糖得率和木糖得率分別從58.9%提高到83.2%和從68.2%提高到88.4%。酶水解過程中，預處理物料中LCC的苯基糖苷鍵和γ-苯酯鍵降解最多，分別從2.8/C900降至0.5/C900和從4.0/C900降至1.0/C900，降解率分別為82.1%和75.0%；而苄基醚鍵降解率僅為16.7%。
