Biomass refining

Processes for refining biomass from trees or from agricultural residues are fast approaching commercialization. Advances have been made in acidic and enzymatic hydrolysis of the cellulose component of biomass and in some newer processes for biomass refining which leave the lignin fraction relatively intact. Rather than low-priced fuels, which have received the most publicity, initial targets will be products with more profit potential, such as chemicals and molasses. Curtailment of government support for alcohol fuel programs is not crucial, because private investment is taking biomass refining from the pilot plant to the demonstration scale.     

Tertiary structure of plant RuBisCO: domains and their contacts

The three-dimensional structure of ribulose-1,5-biphosphate carboxylase-oxygenase (RuBisCO), has been determined at 2.6 A resolution. This enzyme initiates photosynthesis by combining carbon dioxide with ribulose bisphosphate to form two molecules of 3-phosphoglycerate. In plants, RuBisCO is built from eight large (L) and eight small (S) polypeptide chains, or subunits. Both S chains and the NH2-terminal domain (N) of L are antiparallel beta, "open-face-sandwich" domains with four-stranded beta sheets and flanking alpha helices. The main domain (B) of L is an alpha/beta barrel containing most of the catalytic residues. The active site is in a pocket at the opening of the barrel that is partly covered by the N domain of a neighboring L chain. The domain contacts of the molecule and its conserved residues are discussed in terms of this structure.     

蒸汽爆破维压时间对胡枝子成分、结晶度及酶解糖化的影响

为研究爆破维压时间对胡枝子原料化学成分、结晶度的影响，采用蒸汽爆破预处理方法，以胡枝子为原料，在爆破压力为2.25 MPa，爆破维压时间为2、3、4、5、6、10 min的条件下进行试验。结果表明:蒸汽爆破处理后纤维素、木素含量变化不大，而半纤维素含量显著降低；蒸汽爆破处理后的物料结晶度比未处理的木质纤维素原料提高了60.67%。以胡枝子为酶解糖化原料，考察了温度、时间、用酶量、底物浓度4个影响因素，得到了最佳的条件为:温度46℃、时间60 h、用酶量80 U、底物浓度5%。在此条件下，对比了原料与不同蒸汽爆破维压时间处理后胡枝子物料的酶解糖化率。结果表明:蒸汽爆破预处理可使糖化率提高约2.8倍，达到84%，极大地提高了纤维素酶的可及度，是一种有效的预处理方法。      

碱性预处理对稻草秸秆酶解的影响

以稻草秸秆为原料,弱碱性预处理后进行酶解糖化,对预处理前后的稻草秸秆进行扫描电镜观察,研究预处理条件对稻草秸秆半纤维素、纤维素、木质素含量及损失率的影响,通过酶解还原糖的释放量来判断预处理的效果.结果表明:碱性预处理降低了稻草秸秆中木质素的含量,提高了纤维素的含量,增加了纤维素酶与底物的酶解可及度,促进了稻草秸秆酶解糖化.经2.0%NaOH、60 ℃、固液比1﹕12处理24 h后的稻草秸秆,在pH5.0、加酶量31.2 mg/g、45 ℃条件下酶解120 h的还原糖达到了790.3 mg/g,糖化率为81.01%.扫描电镜观察显示,经碱性预处理过的稻草秸秆孔隙度增大,机械组织暴露,酶解的有效比表面积增大,酶解速率加快.     

大豆籽粒尿囊素酶的变性和化学修饰

大豆籽粒尿囊素酶对十二烷基磺酸钠、尿素、盐酸胍变性处理较不敏感．十二烷基磺酸钠、尿素变性处理的尿囊素酶可通过稀释而恢复活力，但一经盐酸胍变性后却难以通过稀释而恢复活力．酶蛋白质氨基酸残基化学修饰结果表明，巯基、赖氨酸残基、酪氨酸残基不是构成酶分子活力中心的必需基团，色氨酸残基是酶活性中心的必需基团．甘油醛、异烟肼不影响酶反应，而乙酰氧肟氧肟酸抑制酶活力３９．６％     

产耐热纤维素酶菌株的筛选及其酶学性质研究

[目的]筛选产耐热纤维素酶菌株,并对其酶学性质进行研究。[方法]分离筛选产耐热纤维素酶的菌株,并用菌种鉴定试剂盒进行鉴定。对产耐热纤维素酶的菌株的酶学性质进行研究。[结果]从江苏淮安土壤中分离出1株产耐热纤维素酶的细菌,将其命名为H3,经菌种鉴定试剂盒初步鉴定为枯草芽孢杆菌。该酶最适反应温度为60℃,最适反应pH值为5.5,Cu^2＋、Mn^2＋对酶活性有一定的激活作用,Mg^2＋、Zn^2＋对酶活性有一定的抑制作用。[结论]该研究为降低纤维素酶生产成本以及推动生物质乙醇的发展提供了科学依据。     

国内细菌纤维素酶基因的克隆进展

随着能源问题日益突出,各国逐渐把对纤维素的降解研究作为一项重要的研究课题。而纤维素的酶降解是利用纤维素的一个有效途径。目前主要对真菌纤维素酶的研究日趋成熟,且真菌纤维素酶的活性比较高,像里氏木霉、绿色木霉、康氏木霉等。对细菌纤维素酶基因克隆方面的研究也有很多报道,但普遍认为细菌纤维素酶活性比真菌纤维素酶的活性低。而细菌作为世界分布最广的生物具有非常大的开发价值空间。文章主要介绍目前对细菌纤维素酶基因的克隆领域的研究现状,并作了一个简要的概括和分析。     

纤维素酶促进菠萝皮果胶提取的研究

为了促进菠萝皮中果胶的提取,对采用酸解法处理后的菠萝皮酸解液作进一步的纤维素酶酶解处理,且初步确定此工艺的最佳酶解条件：酶解温度为55℃,菠萝皮酸解液pH值为4.2,单位菠萝皮酸解液中纤维素酶用量为15.5 U·mL-1,酶解时间为140 min。在此工艺条件下,酶解液中果胶含量可达7.4 g·L-1,比菠萝皮酸解液中...     

提高玉米秸秆纤维素酶解率的预处理研究

[目的]比较使用不同预处理方法对媒介纤维素水解率的影响.[方法]用稀酸法、稀碱法、亚钠法对玉米秸秆进行预处理,再用纤维素酶对玉米秸秆中纤维素进行水解.[结果]在50℃、pH为4.8、固液比为1:30、酶浓度为2.7g/L、反应时间为24h的条件下,可获得较理想的酶解率.经亚钠预处理后的玉米秸秆,纤维素含量上升最多,酶解率最高,亚钠预处理后的酶解率达到39.07;,是未经处理的秸秆酶解率(9.8;)的4倍.[结论]预处理破坏了玉米秸秆的纤维素结构.采用亚钠法-酶法结合工艺处理玉米秸秆进行纤维素酶解可显著提高酶解率.     

木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展

化石燃料的持续开采与使用对环境产生了严重的负面影响，使得开发可再生清洁能源代替传统能源成为必然。木质纤维素是一种丰富的可再生资源，可转化为生物乙醇、氢气等生物质燃料，被认为是代替化石燃料的理想替代品。其中木质纤维原料转化为生物乙醇需经过预处理、酶水解以及微生物发酵这3个关键步骤，而纤维素酶水解通常会受到酶、水解条件、底物等诸多因素的影响。针对木质素对纤维素酶水解的影响研究进行综述，大量研究发现，木质素是纤维素酶水解过程中的主要抑制剂。木质素既可以吸附纤维素酶，与纤维素酶发生无效吸附；又可以作为物理屏障，阻碍酶对纤维素的生产性吸附。尽管通过预处理可以去除大部分的木质素，但依旧无法从根源上缓解木质素对纤维素酶水解的影响，研究木质素的结构单元对酶解效率的影响可能是当前生物乙醇转化中木质素在纤维素酶水解中的研究方向。     

碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽预处理慈竹及其纤维素酶解转化

慈竹作为一种富含纤维素、分布广泛的草类资源,是生产纤维素燃料乙醇的潜在原料。本文采用碱性亚硫酸盐法与低压蒸汽爆破相结合对慈竹原料进行预处理,在保留碳水化合物的同时能够有效脱除大量木质素进而提升后续的纤维素酶水解效率。通过正交试验确定最优工艺条件为反应温度140 ℃、亚硫酸盐用量40%、氢氧化钠用量15%。水解试验中加入质量分数5%的最优工艺条件预处理慈竹原料72 h,纤维素酶解生成葡萄糖得率达到88.54%。在此基础上将碱性亚硫酸盐与低压蒸汽爆破预处理相耦合,有效简化了预处理工艺并降低成本,可实现慈竹原料“一步法”高效预处理,纤维素保留率为89.25%,葡萄糖得率达87.25%。      

产耐热性纤维素酶菌株的分离·鉴定及其酶学性质研究

[目的]筛选耐热性纤维素降解细菌菌株,进行鉴定并研究其酶学特性。[方法]采用刚果红法从腐烂秸秆与腐殖质土壤样品中分离纤维素降解菌,通过形态学观察与16S rRNA序列分析鉴定其种属,并对该纤维素酶进行酶学性质研究。[结果]筛选到1株纤维素酶活性高的菌株NP29,经鉴定该菌株为芽孢杆菌属(Bacillus)微生物。对该菌所产纤维素酶酶学特性的研究表明,该酶反应的最适pH为4.5,最佳反应温度为65℃,具有良好的pH稳定性和热稳定性。在37℃、pH7.0的条件下,该菌株在发酵36 h后纤维素酶活性可达1.8 U/ml,且产酶量与细菌生长密切相关。[结论]     

酶法辅助提取工艺对橄榄油品质的影响

[目的]研究酶法辅助提取对橄榄油理化性质和营养成分的影响,为陇南油橄榄的合理开发利用提供科学依据。[方法]以陇南油橄榄为原料,采用纤维素酶辅助法提取橄榄油,将酶法提取与未经酶处理提取的橄榄油作气相色谱-质谱联用仪分析,以及理化指标测定。[结果]通过酶法辅助技术,橄榄油得率可提高3.48%,脂肪酸组分主要为油酸(81.78%)、棕榈酸(9.04%)、硬脂酸(1.50%)、亚油酸(7.01%)、棕榈油酸(0.52%),其中不饱和脂肪酸含量超过了89%;酶法提取对橄榄油脂肪酸组分含量影响不大。橄榄油的酸价、碘值、皂化值、过氧化值4种指标符合国际食用油标准,纤维素酶辅助提取的橄榄油碘值高于未加酶提取的,其他3个指标基本相同。[结论]酶法辅助提取橄榄油具有良好的应用前景和经济价值。     

Structure of TonB in complex with FhuA, E. coli outer membrane receptor

The cytoplasmic membrane protein TonB spans the periplasm of the Gram-negative bacterial cell envelope, contacts cognate outer membrane receptors, and facilitates siderophore transport. The outer membrane receptor FhuA from Escherichia coli mediates TonB-dependent import of ferrichrome. We report the 3.3 angstrom resolution crystal structure of the TonB carboxyl-terminal domain in complex with FhuA. TonB contacts stabilize FhuA's amino-terminal residues, including those of the consensus Ton box sequence that form an interprotein beta sheet with TonB through strand exchange. The highly conserved TonB residue arginine-166 is oriented to form multiple contacts with the FhuA cork, the globular domain enclosed by the beta barrel.     

广西都安酿酒葡萄皮渣中白藜芦醇的提取工艺研究

[目的]优化广西酿酒葡萄皮渣中白藜芦醇的提取工艺。[方法]采用乙醇回流法、纤维素酶法和超声波法对酿酒葡萄皮渣中的白藜芦醇进行提取,通过正交试验优化白藜芦醇的提取工艺。[结果]试验得出,超声波法的白藜芦醇提取率高于乙醇回流法和纤维素酶法。超声波法提取酿酒葡萄皮渣中白藜芦醇的最优工艺条件为:乙醇浓度80%、料液比1∶15 g/ml、提取温度70℃、提取时间5 min,在此条件下白藜芦醇的提取率达到0.312 5%。[结论]研究可为广西都安野生毛葡萄酿酒皮渣的进一步开发利用提供理论依据。     

An oxidative enzyme boosting the enzymatic conversion of recalcitrant polysaccharides

Efficient enzymatic conversion of crystalline polysaccharides is crucial for an economically and environmentally sustainable bioeconomy but remains unfavorably inefficient. We describe an enzyme that acts on the surface of crystalline chitin, where it introduces chain breaks and generates oxidized chain ends, thus promoting further degradation by chitinases. This enzymatic activity was discovered and further characterized by using mass spectrometry and chromatographic separation methods to detect oxidized products generated in the absence or presence of H(2)(18)O or (18)O(2). There are strong indications that similar enzymes exist that work on cellulose. Our findings not only demonstrate the existence of a hitherto unknown enzyme activity but also provide new avenues toward more efficient enzymatic conversion of biomass.     

蔗渣发酵生产燃料乙醇的研究进展

燃料乙醇是最有发展前景的新型可再生能源之一,以木质纤维原料替代淀粉类和糖类原料生产乙醇成为全世界研究的热点。蔗渣是制糖工业的主要废弃物,因其来源广泛,纤维素含量高而成为一种重要的可再生生物资源。介绍了蔗渣的组成与特点及蔗渣发酵生产燃料乙醇的现状,阐述了蔗渣预处理、酶解糖化及发酵产乙醇的研究概况。蔗渣用来生产乙醇具有较好的发展前途和重要的现实意义。     

利用大豆生产细菌纤维素的研究

[目的]探讨利用大豆酶解液生产细菌纤维素的方法。[方法]利用大豆为原料,以大豆酶水解后的酶解液为基本培养基,添加味精厂生产的糖化液、无机盐等生产细菌纤维素,通过试验研究接种量、大豆酶解液的添加量、糖化液的添加量、温度、pH值、培养基的厚度、发酵周期等对生产细菌纤维素的影响。[结果]大豆酶水解液生产细菌纤维素的最适工艺条件为：大豆酶解液7％～10％,糖化液15％～25％,接种量3％-4％,温度28～32℃,发酵起始pH值3．5～4．0,培养基深度0．8—1．6em,发酵周期6—7d。[结论]利用大豆酶解液和味精厂生产的糖化液生产细菌纤维素,成本低,具有很好的社会效益和经济效益。     

酶法降黏工艺在鲜甘薯直接发酵制备乙醇中的应用

【目的】建立鲜甘薯料液的酶法降黏工艺,并实现鲜甘薯料液不加水直接发酵制备乙醇。【方法】从中国甘薯主产区选择12个种植范围较广的淀粉型甘薯品种作试验材料。分析甘薯主要成分（干物质、淀粉、蛋白质、可溶性糖、果胶、半纤维素、纤维素和木质素）与鲜甘薯料液黏度的相关性并选择对应的降黏酶。研究料水比（1﹕0、2﹕1、3﹕2、5﹕4和1﹕1）、酶处理时间（1、2、3、4和5 h）、酶添加量（纤维素酶：1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 GCU·g^-1;果胶酶：1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 U·g^-1）和酶处理温度（30℃、40℃、50℃、60℃和70℃）对酶法降黏效果的影响。通过正交试验确定最佳酶处理条件,并分析其在不同品种鲜甘薯直接发酵制备乙醇中的效果。【结果】对于12个供试淀粉型甘薯品种,在所有组分中,除了半纤维素（r=-0.239）和木质素（r=-0.069）外,其他组分均与黏度呈正相关（干物率,r=0.356;淀粉,r=0.211,可溶性糖,r=0.307;蛋白质,r=0.266;果胶,r=0.526;纤维素,r=0.600）。其中,果胶（P＜0.01）和纤维素（P＜0.05）与料液黏度分别呈极显著和显著正相关性。根据极差分析发现,对酶处理效果影响由大到小的酶处理条件分别为酶用量、料水比、酶处理时间和酶处理温度。基于正交试验结果并考虑到工业应用的实际情况,确定最佳酶处理条件为：料水比1﹕0、纤维素酶1.5 GCU·g^-1、果胶酶1.5 U·g^-1、温度50℃、作用3 h。经过酶处理后,鲜甘薯料液黏度明显下降。除皖苏178号（4 930 cp）外,其余品种的料液黏度在经过酶处理后均低于3 000 cp,降黏幅度95.07%-99.31%。乙醇发酵结束后,11个甘薯品种的乙醇含量均高于12%（v/v）,其中有9个品种的发酵效率达到90%以上。【结论】果胶和纤维素是造成甘薯料液黏度高的主要成分。在液化前通过添加纤维素酶和果胶酶可以有效降低鲜甘薯料液黏度,并实现鲜甘薯料液不加水直接发酵制备乙醇。     

Atomic structure of ferredoxin-NADP+ reductase: prototype for a structurally novel flavoenzyme family

The three-dimensional structure of spinach ferredoxin-NADP+ reductase (NADP+, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) has been determined by x-ray diffraction at 2.6 angstroms (A) resolution and initially refined to an R factor of 0.226 at 2.2 A resolution. The model includes the flavin-adenine dinucleotide (FAD) prosthetic group and the protein chain from residue 19 through the carboxyl terminus at residue 314 and is composed of two domains. The FAD binding domain (residues 19 to 161) has an antiparallel beta barrel core and a single alpha helix for binding the pyrophosphate of FAD. The NADP binding domain (residues 162 to 314) has a central five-strand parallel beta sheet and six surrounding helices. Binding of the competitive inhibitor 2'-phospho-AMP (AMP, adenosine monophosphate) places the NADP binding site at the carboxyl-terminal edge of the sheet in a manner similar to the nucleotide binding of the dehydrogenase family. The structures reveal the key residues that function in cofactor binding and the catalytic center. With these key residues as a guide, conclusive evidence is presented that the ferredoxin reductase structure is a prototype for the nicotinamide dinucleotide and FAD binding domains of the enzymes NADPH-cytochrome P450 reductase, NADPH-sulfite reductase, NADH-cytochrome b5 reductase, and NADH-nitrate reductase. Thus this structure provides a structural framework for the NADH- or NADPH-dependent flavoenzyme parts of five distinct enzymes involved in photosynthesis, in the assimilation of inorganic nitrogen and sulfur, in fatty-acid oxidation, in the reduction of methemoglobin, and in the metabolism of many pesticides, drugs, and carcinogens.