蒸汽预处理玉米秸秆酶水解速率下降的因素分析（英文）

为评价导致纤维素酶水解速率下降的因素,以底物质量浓度为50 g/L葡聚糖及酶用量为20 FPIU/g滤纸酶活和10 IU/gβ-葡萄糖苷酶活的蒸汽预处理玉米秸秆酶水解为研究对象,探讨了影响酶水解速率的潜在因素,包括物料反应性能、纤维素酶非特异性吸附、酶失活及终产物抑制。结果表明:酶用量40 FPIU/g条件下酶水解6 h及12 h后,蒸汽预处理玉米秸秆的物料反应性能分别下降了16.0%及23.7%,然而,在酶用量为20 FPIU/g时,物料反应性能的下降对酶水解速率的影响极其有限;酶解木质素的添加使得1 h酶解上清液中酶蛋白浓度降低了20.8%,但初始酶水解速率并未显著降低,即木质素对纤维素酶的非特异性吸附对酶水解速率影响不大;两段酶水解中纤维素酶的更新使得7 h酶水解速率由一段酶水解中的1.30 g/(L·h)提高至1.83 g/(L·h);两段酶水解中终产物的去除则使得7 h酶水解速率提高至4.76 g/(L·h),是一段酶水解中7 h酶水解速率的3.66倍。综合而言,酶失活及终产物抑制对酶水解速率影响较大,其中终产物抑制是导致蒸汽预处理玉米秸秆酶水解速率降低的关键因素。     

4种木质纤维素预处理方法的比较

采用4种方法对玉米秸秆预处理,研究了不同预处理方法对酶水解性能和可发酵性糖得率的影响,分析了预处理物料主要成分,预水解液中糖组成、碳水化合物降解产物及木质素降解产物含量.100 g玉米秸秆经稀酸、稀酸磨浆、中性蒸汽爆破和稀酸蒸汽爆破预处理、洗涤后,物料中纤维素由37.17g分别降为33.96、33.54、32.63和32.88 g,木聚糖由22.84 g分别降为2.77、2.47、3.56和2.05 g,木质素由18.76 g分别降为17.63、17.42、16.90和17.25 g.稀酸蒸汽爆破预处理物料在底物质量浓度100 g/L、纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g下酶水解48 h,纤维素水解得率为75.91％.玉米秸秆经稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解后可发酵性糖得率为44.93％(以玉米秸秆为基准).     

低聚木糖生产废渣纤维素酶诱导和水解特性的研究

研究了生产低聚木糖(XOS)所得的废渣对里氏木霉纤维素酶合成的诱导作用和纤维素酶水解特性.废渣对里氏木霉合成纤维素酶的诱导作用较差,而纤维素酶水解性能优异.里氏木霉以含纤维素15 g/L的废渣为碳源合成纤维素酶,滤纸酶活为0.48 FPIU/mL,酶产率为6.67 FPIU/(L·h),酶得率为每克纤维素32.00 FPIU,而在相同条件下以玉米芯为碳源时滤纸酶活为3.20 FPIU/mL、酶产率19.00 FPIU/(L·h)和酶得率每克纤维素213.33 FPIU.质量浓度为20 g/L的废渣在酶用量为每克纤维素10 FPIU条件下水解24 h,水解得率达92.8 %;底物废渣质量浓度为100 g/L时,48 h纤维素酶水解得率达到80.6 %.     

木质素基表面活性剂对玉米秸秆纤维素酶水解的促进作用

木质素是影响木质纤维原料酶水解的关键因素。本研究通过聚乙氧基接枝修饰制备木质素基表面活性剂,并探究其对预处理玉米秸秆纤维素酶水解的影响机制。结果表明,木质素基表面活性剂对蒸汽爆破预处理玉米秸秆酶水解有显著的促进作用。木质素基表面活性剂的最适添加量为0025 0 g/g(以纤维素计)。在最适添加量下,碱木质素基表面活性剂及醇溶木质素基表面活性剂使得蒸汽爆破预处理玉米秸秆72 h酶水解得率分别提高了275%和281%。与此同时,72 h酶水解液中外切葡聚糖酶酶活力分别提高了493%和410%;β-葡萄糖苷酶酶活力分别提高了196%和137%。说明木质素基表面活性剂可减少纤维素酶的无效吸附,从而起到对酶水解的促进作用。     

外源添加物强化中温碱抽提玉米秸秆渣酶解过程的研究

以中温碱抽提玉米秸秆渣为研究对象,考察了不同外源添加物对酶解工艺的辅助作用和影响机制。研究结果表明,采用中温碱抽提玉米秸秆可以脱除50.02%木质素,添加PEG6000辅助水解作用明显。当纤维素底物质量浓度40 g/L,酶用量在纤维素酶(Celluclast 1.5 L)15 FPIU/g和纤维二糖酶(Novozyme 188)30 BU/g水解48 h,添加PEG6000 4.0 g/L葡萄糖得率73.51%,酶解率84.51%,较未添加样品上升幅度分别达到26.2%和27.1%。添加PEG不仅可以减轻酶蛋白和碱抽提玉米秸秆渣的吸附,提高酶在液相中的分配,对纤维素酶活力和稳定性也具有显著的促进作用。PEG存在下纤维素酶1.5 L的滤纸酶活提高34.1%,稳定性提高57.3%。     

几种纤维素酶制剂水解和吸附性能的研究

比较了商品纤维素酶和自产纤维素酶在蛋白组分及蛋白组分含量上存在的差异。商品纤维素酶水解稀酸预处理和蒸汽爆破预处理的玉米秸秆,其水解得率均低于自产纤维素酶。以蒸汽爆破的玉米秸秆为碳源制备纤维素酶,添加外源8 IU/g(以纤维素计)的β-葡萄糖苷酶,水解蒸汽爆破的玉米秸秆48 h,纤维素水解得率为90.08%;水解液中纤维二糖的质量浓度从17.06 g/L降低到1.12 g/L,相应葡萄糖质量浓度从21.09 g/L提高到44.01 g/L,可发酵性糖从55.28%提高到97.52%。微晶纤维素对商品酶和自产酶的吸附在30 m in达到平衡,且符合Langmu ir等温吸附方程;由Langmu ir常数分析得知两类酶均来自里氏木霉,且对微晶纤维素的亲和力相差不大。     

基于高底物浓度的纤维素酶三段水解桑木粉得率与形貌分析

为改善高底物浓度酶水解过程中产物抑制问题,采用三段酶水解方法,通过在水解过程中及时移除反应产物纤维二糖和葡萄糖,降低产物抑制作用,增加酶反应速率,从而提高酶水解得率、缩短酶反应时间。与原料和经NaOH预处理的桑木比较,NaOH-Fenton预处理后的桑木中木聚糖含量明显降低,纤维素含量相对增加,木质素含量变化较小。无论是一段水解还是三段水解,纤维素酶水解得率均随底物质量浓度的升高而下降。在0.30 g/m L(m/V)底物质量浓度下,当酶用量增加为40 U/g(以纤维素质量计)时,三段(10+10+10)h酶水解得率74.16%,比一段水解72 h得率45.61%增长了62.60%,并且水解时间缩短了42 h。该研究结果对提高纤维素酶水解得率、降低纤维资源制取燃料乙醇成本具有指导意义。     

β-葡萄糖苷酶的制备及在纤维素辅助水解上的应用研究

研究了固体发酵法制备β-葡萄糖苷酶及其在纤维素水解上的应用.黑曲霉NL02以玉米芯和麸皮为碳源固体发酵制备β-葡萄糖苷酶,培养5d,酶活力达到225.43IU/g(以干曲计).粗β-葡萄糖苷酶酶液经硫酸铵沉淀、离子交换层析、凝胶过滤层析纯化,获得单一β-葡萄糖苷酶组分,酶活回收率和比活力分别为69.34%和133.88IU/mg.底物质量浓度为100g/L的稀硫酸预处理玉米秸秆,经酶用量为20FPIU/g(以纤维素计)的里氏木霉纤维素酶和4IU/g(以纤维素计)的β-葡萄糖苷酶水解48h,水解糖液中纤维二糖和葡萄糖质量浓度分别为1.12和42.68g/L,纤维素水解得率和可发酵性糖的比例分别为62.85%和97.44%.     

聚乙二醇改善玉米秸秆酸爆渣酶解性能的机制探讨

以玉米秸秆酸爆渣为研究对象,通过物料组成、比表面积和元素组成分析酶解原料的理化特性,研究了聚乙二醇(PEG4000)对玉米秸秆酸爆渣酶解的辅助效果以及作用机理,并利用FT-IR和SEM分析了酸爆玉米秸秆酶解前后的结构变化。结果表明,木质素含量较高的酸爆玉米秸秆具有较大的比表面积,酶解效率较高,在纤维素酶用量15 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量30 U/g,纤维素质量浓度50g/L条件下水解24 h,葡萄糖得率可达76.4%,PEG4000的添加可以使葡萄糖得率达到82.6%,提高8.1%。对酶解上清液的分析表明,PEG4000改善玉米秸秆酸爆渣酶解性能的作用机制在于其能够有效地与酸爆渣结合,减少酶在酸爆渣上的无效吸附。PEG4000的添加使上清液中可溶性蛋白、滤纸酶活和β-葡萄糖苷酶活分别上升了15.0%、112.5%和24.8%。FT-IR和SEM分析显示玉米秸秆酸爆渣为纤维素类物质,晶型以纤维素II型为主,且加入PEG辅助酶解导致纤维结构几乎完全坍塌,残余物表现出无规则的块状结构。     

不同预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响

研究了NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3等4种化学联合盘磨预处理方法对玉米秸秆酶解性能的影响,考察了不同预处理方法对物料得率、木质素脱除率、还原糖得率、聚糖转化率和结晶度的影响。结果表明,预处理后,玉米秸秆的结晶度均降低。机械盘磨可以减小纤维长度和颗粒尺寸,增大比表面积,暴露出更多的纤维素活性位点,增加纤维素和纤维素酶的反应活性,提高其酶解性能。确定了酶解适宜的条件:纤维素酶用量30 U/g,β-葡萄糖苷酶用量10 U/g,酶解温度50℃和时间72 h,在此条件下NaOH、Ca(OH)_2、NH_3·H_2O和NaHSO_3联合盘磨预处理后玉米秸秆的还原糖得率分别为41.00%,23.02%,65.77%和22.22%,聚糖转化率分别为39.04%,18.53%,70.49%和21.33%。在最优条件下,NH_3·H_2O联合盘磨预处理玉米秸秆的还原糖得率和聚糖转化率最高,是一种具有前景的预处理方法。     

蒸汽爆破玉米秸秆的分段酶水解

以蒸汽爆破预处理的玉米秸秆为原料,探讨了分段酶水解和超滤回用β-葡萄糖苷酶的工艺对水解效果的影响。结果显示:三段酶解过程中由于反应产物纤维二糖和葡萄糖的及时移除,使产物对纤维素酶的抑制作用大大降低,提高了纤维素酶水解得率和纤维二糖转化为葡萄糖的效率,并且缩短反应时间。与一段酶水解工艺相比,(6+6+12)h三段酶水解蒸汽爆破玉米秸秆使纤维素水解得率从62.83%提高到70.16%,并且水解时间从72 h减少到24 h。蒸汽爆破玉米秸秆由23%的结晶区和77%的无定形区组成,经纤维素酶(6+6+12)h三段水解后,水解残渣在衍射角2θ为16°和22°处的两个衍射峰变得更加突出,衍射强度有所增强。用截留分子质量为30 ku的超滤膜回收水解液中的β-葡萄糖苷酶并进行下一轮酶解,回用第一轮β-葡萄糖苷酶的回收率为98.87%,葡萄糖的得率为92.71%;回用至第八轮β-葡萄糖苷酶的回收率为95.25%,葡萄糖的得率为90.87%。     

重组木聚糖酶生产低聚木糖的实验研究

研究了重组木聚糖酶C0602生产低聚木糖的制备工艺,考察了不同类型底物、底物浓度和酶用量对酶解效率和低聚木糖产率的影响.实验结果表明,低聚木糖生产原料以抽提木聚糖为宜.桦木木聚糖质量浓度30g/L,重组木聚糖酶用量20 IU/g条件下水解4 h,酶解率可达56.05%,低聚木糖产率(C2～C6)为29.76%,产品平均...     

碱性过氧化氢预处理糠醛渣超声波辅助酶解研究

以糠醛渣为原料进行碱性过氧化氢法预处理,采用超声波辅助酶解法,比较分析不同模式下的葡萄糖转化率及水解液残存酶活。研究结果表明:酶解2 h时辅以超声波是糖转化的最佳条件,超声波辅助酶解及分段加酶使糖产率由55.01%提高到73.35%。超声波的机械作用影响着酶的吸附与脱附,有利于其与底物的充分结合。不同超声波酶解模式对糖产率的影响较大,且U-C模式效果较好,使糖产率提高46.35%。同时,酶解前超声波可以使糖产率提高33.34%。可见,低能耗,低污染的碱性过氧化氢预处理糠醛渣超声波辅助酶解为工业化生产乙醇提供了良好的发展方向。     

水热预处理竹材制备低聚木糖和单糖的研究

以贵州慈竹为研究对象,对其进行水热预处理(LHWP),研究不同预处理强度系数对竹材化学组分、酶水解性能及低聚木糖(XOS)浓度的影响.利用X射线衍射(XRD)和傅里叶转换红外线光谱分析仪(FT-IR)分析预处理前后物料的物理和化学结构变化.研究结果表明:水热预处理过程中竹材的半纤维素含量显著降低,而纤维素及木质素的含量...     

分批添料纤维素酶水解研究

提出了在反应过程中分批添加底物的纤维素酶解方法，并对分批添料的作用机理进行了讨论。研究表明，分批添料可以同时提高酶解得率、底物浓度和酶解糖液浓度，当底物浓度为１５％（ｗ／ｖ）时，分批添料酶解得率为７０％，糖液中还原糖浓度为４８．１ｇ／Ｌ。     

Characterization and application of recombinant β-glucosidase (BglH) from <Emphasis Type="Italic">Bacillus licheniformis</Emphasis> KCTC 1918

β-Glucosidase (β-1,4-D-glucoside glucohydrolase: EC.3.2.1.21) catalyzes the hydrolysis of β-glucosidic bonds between saccharides and aryl or alkyl groups. A gene encoding β-glucosidase from Bacillus licheniformis KCTC 1918, an anaerobic spore-forming soil bacterium, was cloned and characterized. The structural gene for the β-glucosidase consists of 1410 bp encoding 469 amino acid residues, and has a molecular weight of 53.4 kDa as estimated by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis with 12% separating gel. The enzyme activity was determined against pNPG as a substrate. The enzyme was optimally active at pH 6.0 (citrate-phosphate buffer) and 47°C. β-Glucosidase retained 100% of its original activity for 24 h. The activity of the enzyme was stimulated by glycerol and urea and was decreased by Ca²⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Mg²⁺, and Mn²⁺. In particular, Cu²⁺ had the strongest negative effect on β-glucosidase activity. The purified β-glucosidase was active against pNPG and cellobiose. When the β-glucosidase was tested for cellulose hydrolysis, the supplement of β-glucosidase with cellulose increased the glucose yield from pine wood powder by 139.8%.     

纤维素酶水解及转化为乙醇的研究进展

综述了纤维素酶水解及转化为乙醇的研究进展,分析了影响水解相关酶的因素和酶水解的有关因素,比较了各种酶循环法,指出生物质转化为酶的最大影响是限制了与残留物缔合的纤维酶的再循环次数,提出了纤维素酶水解并转化成乙醇的技术设想与方法.     

来源于解酯菌的嗜热耐碱脂肪酶的表达纯化及其酶学性质研究

脂肪酶广泛应用于食品加工、生物柴油制备等领域。为了有效提高微生物脂肪酶的可利用度,将来源于解酯嗜热菌(Thermosyntropha lipolytica DSM 11003)的脂肪酶基因(tll2)克隆到大肠杆菌表达载体pET28a中,获得重组质粒pET28a TLL2,将pET28a TLL2转入大肠杆菌BL21(DE3)宿主菌中进行高效表达。通过热处理和镍柱亲和层析得到电泳纯的蛋白TlLip2,对其进行酶学性质表征。结果显示,TlLip2的亚基分子质量为57 ku,比酶活为31 U/mg,最适反应pH及温度分别为8.0和60℃。在60℃以下、pH 6.0~11.0范围内,TlLip2的稳定性较好,相对酶活均维持在60%以上。金属离子K+和Na+对TlLip2有较大激活作用,而Co^2+、Zn^2+、SDS和Tween 80对TlLip2酶活力抑制作用明显。TlLip2在极性小的有机溶剂中具有较好的耐受性。TlLip2对中等碳链长度的对硝基苯酯显示出更高的活性,其中以对硝基苯己酯为底物时,TlLip2的酶活最高;以对硝基苯棕榈酸酯为底物时,该酶的动力学常数Km为0.29 mmol/L,Vmax为2.28 mmol/(L·min^-1),kcat为6.19 s^-1。此外,将其应用到油酸乙酯的合成研究中,以油酸和乙醇为底物,研究TlLip2催化制备油酸乙酯的转化条件,结果表明在60℃、加酶量为100 U/g的TlLip2,催化摩尔比为1∶2的油酸和乙醇,12 h后油酸乙酯的转化率达到62.1%,表明TlLip2在催化脂肪酸酯化方面具有较大的应用潜能。     

蒸汽爆破尾叶桉木材的化学组分及纤维素酶水解工艺

采用蒸汽爆破技术处理尾叶桉木材，研究蒸汽爆破对其主化学成分的影响，以及爆破材料用纤维素酶水解的工艺，确定了水解糖化条件：温度50qC，pH值4．8，酶用量25FPIU／g底物，底物浓度2％。结果表明，蒸汽爆破过程溶解出一定量的半纤维素和木质素，而纤维素基本不受损失，有利于提高酶解率；爆破前用硫酸预处理，木质素脱除率和木聚糖分解率在同样的爆破压力下比未用硫酸预处理的高。在最优的水解条件下，硫酸预处理，2．2MPa爆破的尾叶按木材多糖水解率达到82．43％，比未用硫酸预处理的提高36．86％。