水溶性木质素对纤维原料酶水解的影响研究进展

木质纤维素具有储量大、可再生等特点,是生物质精炼的重要原料。通过酶水解将高聚糖转化为葡萄糖、木糖等单糖,是目前木质纤维素生物质精炼的重要途径。传统观点认为,酶水解体系中的底物木质素和溶解木质素都会阻碍木质纤维原料中纤维素的酶水解,主要表现为木质素阻碍了纤维素酶对纤维素的可及性、木质素对纤维素酶的非生产性吸附和溶解的木质素或类木质素结构(木质素衍生的酚类分子)对纤维素酶的抑制作用。但是近几年的研究表明,在酶水解体系中加入适量的水溶性木质素可有效促进含木质素底物中纤维素的酶水解。笔者总结了近年来水溶性木质素对木质纤维素生物质酶水解的研究进展,从纤维素酶-木质素相互作用的角度探讨了水溶性木质素对纤维素酶水解的促进作用,提出了水溶性木质素与纤维素酶之间的作用机理,即水溶性木质素与底物木质素对纤维素酶存在竞争吸附,水溶性木质素与纤维素酶的吸附域结合形成木质素-纤维素酶复合物,可有效减少底物木质素对纤维素酶的非生产性吸附,从而提高木质纤维素生物质的酶水解转化效率。     

乙酸-亚硫酸盐两步预处理对杨木木质素吸附纤维素酶的影响

以杨木为原料,采用乙酸预处理制备低聚木糖后,对固体残渣进行亚硫酸盐预处理移除木质素,以提高杨木纤维素的酶解效率,但该两步预处理对杨木木质素结构及其非生产性吸附酶的影响仍不明确。笔者考察了乙酸-亚硫酸盐两步预处理对杨木酶水解率、木质素结构和木质素理化性质的影响,探讨了该两步预处理对杨木木质素吸附及脱附纤维素酶的特性。结果表明,两步预处理后杨木残渣中木质素含量减少,当酶添加量为20 FPU/g干物质量时,纤维素水解得率从32.4%增加到67.1%。乙酸-亚硫酸盐预处理后木质素(AA-AS-lignin)的Zeta电位、疏水性及分子量减小,而其紫丁香基与愈创木基结构单元数量比值S/G、酚羟基及硫元素的含量增加。相比未预处理的木质素(BM-lignin),AA-AS-lignin对纤维素酶水解的抑制率从1.0%增加到16.5%。AA-AS-lignin对纤维素酶的吸附增强,结合强度从24.7 mL/g(BM-lignin)增大到72.1 mL/g。乙酸-亚硫酸盐预处理降低了木质素对纤维素酶的脱附能力,纤维素酶的脱附回收率从61.1%降低到28.8%,且相较于BM-lignin,结合在AA-AS-lignin上的纤维素酶的水解活力较低。研究结果可指导乙酸-亚硫酸盐预处理后杨木的高效纤维素酶水解,为实现杨木的多组分转化利用提供了新思路。     

几种纤维素酶蛋白的双向电泳分析

利用双向电泳技术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的差异.结果表明:自产酶和商品酶的主要蛋白均为外切酶CBH,但在内切酶EG的分泌上存在差异,以蒸汽爆破和稀酸预处理玉米秸秆为碳源的自产纤维素酶A和B,EG Ⅰ表达量分别占各自分泌组总蛋白的18%和7%,EGⅡ表达量分别占各自分泌组总蛋白的12%和...     

酶解木质素质量浓度对纳米木质素粒子结构及载药行为的影响

【目的】研究酶解木质素(EHL)在四氢呋喃(THF)中的质量浓度对制备纳米木质素中空粒子(LHNPs)结构的影响以及载盐酸阿霉素(DOX)粒子(DOX@LHNPs)结构对药物控释行为的影响,为LHNPs在不同领域的选择性包载利用提供参考。【方法】将不同质量EHL溶解在THF中,制备不同质量浓度木质素溶液,向溶液中滴加去离子水使两亲性木质素自组装成结构不同的纳米木质素中空粒子。在制备过程中加入一定质量DOX,EHL自组装成纳米粒子的同时会将DOX包裹在LHNPs腔体内,形成载药纳米粒子。借助透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、激光粒度仪(DLS)、比表面与孔隙度分析仪等手段表征材料的微观结构和粒径尺寸。利用紫外-可见光分光光度计(UV-vis)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)等仪器表征测试LHNPs对DOX的包载和控释。【结果】DLS测试结果表明,EHL初始质量浓度从0.3 mg·m L~(-1)增加到3 mg·m L~(-1),颗粒直径从552.6 nm减小到266.8 nm,PDI基本保持稳定;制备的纳米木质素粒子尺寸分布均匀,可在水中稳定保存10天以上。利用TEM、SEM结合比表面与孔隙度分析可知,纳米木质素粒子呈中空球形结构,表面开孔;随着EHL初始质量浓度增加,粒子的直径、表面积和孔隙体积均有所减小。UV-vis、XRD、FTIR表征测试表明,LHNPs能够包载DOX。酸性(pH=5.5)条件下,自由DOX和载药粒子释放DOX的速度均大于中性(pH=7.4)条件下的药物释放速度。较大的比表面积和孔隙率可提高纳米中空粒子对DOX的包载能力,壳层更厚的粒子对DOX拥有更稳定的控释能力。【结论】酶解木质素可自组装成尺寸稳定且表面具有单孔的纳米级中空球形粒子。控制酶解木质素初始质量浓度,可调节中空粒子的直径和壳层壁厚。对于DOX@LHNPs,比表面积和孔隙率越大,其载药量越大,但结构更规整、壳层壁更厚的纳米中空载药粒子对DOX的释放更稳定。     

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.     

温度对木质素基酚醛树脂纤维固化行为的影响

为了研究温度因素对木质素酚醛树脂纤维固化性能的影响,在盐酸和甲醛质量比为1∶1的凝固浴条件下,设置不同固化升温速率和固化温度进行实验。采用FT-IR、TG、DSC、力学性能测试等方法对材料性能进行表征,探讨不同温度对纤维机械性能、热性能、表面形貌等指标的影响规律,分析木质素酚醛树脂纤维的固化行为。研究结果表明:纤维原丝经过凝固浴后,在实验条件下内部材料继续发生交联反应,最终得到的固化后纤维直径均比原丝粗;固化升温速率增加能够提高固化反应的反应程度,使得热稳定性提高;升温速率过快会导致力学性能下降,固化温度高则木质素酚醛树脂纤维表面光洁度较高;随着固化温度升高,纤维的机械性能下降。最适于纤维原丝的固化温度参数为升温速率20℃/h、固化温度170℃,此条件下得到的固化纤维拉伸强度达178.24 MPa,断裂伸长率为1.49%。     

解结晶对纤维素吸附纤维素酶的影响

为探讨解结晶处理提高酶水解效率的机理,对比研究了高结晶度的微晶纤维素(MCC)和低结晶度的解结晶微晶纤维素(D-MCC)对纤维素酶的吸附过程。结果发现:酶吸附平衡后,样品的XPS和FT-IR分析表明纤维素酶通过酶蛋白的氨基(—NH_2)与纤维素分子链上的羟基(—OH)之间以氢键(C—OH…NH)力吸附在MCC上;相同条件下得到的MCC和D-MCC吸附率曲线的差异表明,底物结构的改善比提高温度更能提高酶吸附率;比较纤维素酶对MCC和D-MCC在35℃下的吸附动力学可知,通过降低底物的结晶度可促进酶吸附,刚性结构的MCC更满足准一级动力学的假设,D-MCC表面结构相对松散,其吸附过程需进一步分析,以得到更适合的动力学方程。     

木质纤维生物质的电化学催化研究进展

电催化是一种可以将电能转化为化学能的清洁、高效转化技术。在生物质精炼的各种策略中,电催化主要通过电子从电极表面转移到反应底物,在阳极和阴极分别发生氧化和还原反应,将生物质衍生物转化为高附加值的产品。总结了几种代表性的木质纤维生物质衍生物,如糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)、木质素及其衍生物等,通过电催化反应转化为高附加值化学品的最新进展。其中,在生物质衍生物的电还原反应中,糠醛的电还原产物主要是糠醇和2-甲基呋喃,HMF的电还原产物主要包括2,5二甲基呋喃和2,5-二羟甲基四氢呋喃等;酚类化合物通过加氢脱氧可还原为高碳氧比、稳定的芳香烃类化学品;在生物质衍生物的电氧化反应中,糠酸是糠醛主要的电氧化产物,HMF主要的电氧化产物是为2,5-呋喃二羧酸;木质素可以通过电催化氧化转化为香兰素、愈创木酚等。讨论了电催化过程中的催化剂和反应参数(如电极电位、pH等)对生物质衍生物电催化效率的影响以及相应的反应机理,并对电催化应用于生物质高值化利用领域的发展趋势进行了展望。     

杨木木质素常压分离方法的比较研究

常压下采用硫酸盐法、亚硫酸氢盐法和有机溶剂法对分离杨木中的木质素进行了比较。实验方案采用正交试验设计,结果表明:3种方法处理木屑对木质素的去除率分别为:硫酸盐法55.8%,亚硫酸氢盐法47.3%,有机溶剂法83.3%,结果显示有机溶剂法对分离木质素的效果最好,该法所得固体物中木质素的残留率最低,仅为6.3%。通过对有机溶剂法所得的废液进行蒸馏,可得到木质素,其得率为原料中所含木质素的82.11%,回收率达98.75%。回收的有机溶剂经处理可循环使用。     

纤维素酶催化水解和氧化机制的研究进展

人类对纤维素的开发与利用还非常有限,未能完全搞清天然纤维素的生物降解机制是其一个重要原因.自从C1-Cx假说提出以来,又有较多的降解理论出现对其改进,纤维素酶水解机制不能完全解释天然纤维素的降解,大量文献证实天然纤维素降解存在氧化机制.本文主要介绍水解与氧化机制中具代表性酶协同降解模型、纤维二糖水解酶(CBH)协同作用假说、羟基自由基的氧化机制和纤维二糖脱氢酶途径等不同降解理论,将水解和氧化两种机制结合起来给出其降解途径,也许能够较为容易理解纤维素的降解具体过程.     

纤维素酶系组成对二次纤维形态与表面结构的影响

用不同滤纸酶活力和羧甲基纤维素酶活力比(F／C)值的纤维素酶系处理轻量涂布纸二次纤维，研究了纤维素酶系组成对二次纤维性能的影响。随着F／C值从0增到2．5，长度小于0．2mm的纤维分布密度由23．55％降低到17．50％。纤维加权平均长度由1．067mm增加到1．168mm，纤维的卷曲系数由0．103下降到0．087；纤维的扭结强度由0．78个／mm增加到0．84个／mm。随着F／C值的增加，纤维素酶系外切酶的酶解作用增强，细小组分逐渐减少，二次纤维平均长度呈上升趋势，卷曲程度下降，有利于浆料滤水性能的改善，但纤维扭结强度上升对单根纤维强度和纸张强度产生不利影响。     

木质素在不同溶剂体系中的降解研究进展

木质素是自然界植物中含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子聚合物,实现木质素向能源及化学品的转化,是生物质高值化利用的重要研究内容之一。溶剂是木质素催化转化反应体系的重要组成部分,是影响反应进程的重要因素,选择合适的溶剂体系能够促进木质素的溶解,有效提高转化效率。本文以溶剂体系的组成为出发点,综述了木质素在单相溶剂、两相溶剂、多元溶剂进行催化转化的研究进展,分析了溶剂效应对木质素降解的影响,并对相关研究进行了总结和展望。     

木质素的研究进展

对目前木质素研究所涉及到的降解菌株和降解酶类,木质素合成的基因工程调控,其他酶和小分子作用等方面的研究进行综述,并对木质素的应用进行介绍。     

木质素对碳酸钙结晶行为的影响

依据生物矿化基本原理,以木质素作为有机基质,探讨了木质素浓度和生长体系的温度对CaCO3晶体生长情况的影响,通过FT-IR、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)对其形貌、结构、热分解等进行表征。结果表明:木质素溶液中形成的CaCO3晶体形貌不同于纯水中形成的晶体,为方解石型,具有哑铃形、球形、椭圆形和橄榄球形等形态,且木质素浓度和生长体系的温度对CaCO3晶体形貌影响显著。在CaCO3结晶过程中,CaCO3与木质素之间存在相互作用,并讨论了这种作用的可能机理。     

预处理对纤维素酶降解影响的研究

以酸、碱及蒸汽爆碎预处理的蔗渣、杨树作底物，进行纤维素酶解（５０℃、２４ｈ）试验，其中以碱预处理的蔗渣得糖率为最高。通过测定不同原料不同预处理方法得到的水解液的总糖、糖组分及紫外吸收；分析不同预处理所引起的植物纤维组成变化、同时对预处理前后的蔗渣和杨树进行了Ｘ－衍射分析测定，从结晶度的变化综合分析了预处理对纤维素酶降解的影响，并对植物纤维生物量的全利用进行了初步探讨。     

金属离子对纤维素酶制备的影响

在纤维素制备过程中,Ｃ＾２＋,Ｃｏ＾２＋,Ｆｅ＾２＋,Ｍｇ＾２＋,Ｍｎ＾２＋及Ｋ＾＋等金属离子对纤维素酶的合成均有一定的影响。金属离子过量或不足都会降低酶产率,在此基础上提出了纤维素酶制备的产酶培养基中较适宜的金属离子组成。     

木质素磺酸盐的接枝改性及应用研究进展

综述了木质素磺酸盐的各种接枝改性方法，讨论了木质素磺酸盐接枝产物在土壤调节、水增稠、石油钻井、胶粘剂等方面的应用，并对我国木质素磺酸盐接枝改性及应用的前景进行了展望。     

氧等离子体改性酶解木质素/杨木纤维复合材料热压工艺研究

采用响应面法优化了氧等离子体改性酶解木质素/杨木纤维复合材料的热压工艺参数。结果表明,纤维含水率和热压温度对复合材料的物理力学性能有显著影响。优化后的热压工艺参数范围为:热压温度205～210℃,纤维含水率17%～20%,热压时间63～68 s/mm。