木质素降解酶对纤维素酶水解糖化的抑制作用

利用白腐真菌发酵制备的木质素降解酶粗酶液对玉米秸秆进行预处理,发现木质素降解酶对纤维素酶水解糖化有一定的抑制作用.粗过氧化物酶发酵液预处理后,还原糖得率降低了40.3％;纤维素酶水解微晶纤维素所得葡萄糖质量浓度降低了2.7％:粗漆酶发酵液预处理后,还原糖得率降低了3.8％,葡萄糖质量浓度降低了2.9％;混合酶发酵液预处...     

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。     

预处理及木质素酶对玉米秸秆酶解糖化效果影响

以玉米秸秆为原料,以酶解糖化分析、扫描电镜及傅里叶红外光谱验证为检测指标,建立了高效玉米秸秆预处理方法及条件,并进一步探讨了酶解糖化过程中各木质素酶与纤维素酶、木聚糖酶的协同作用效果及酶解糖化过程中各木质纤维素酶的最佳添加比例及添加量。结果表明：2%CaCO₃+1%H₂O₂在料液比1∶11,温度120℃,时间70 min条件下,可较好地去除木质素并保留纤维素及半纤维素组分;酶解糖化试验表明,木质素酶中漆酶对预处理玉米秸秆水解起主要促进作用,各木质酶的最优添加量分别为漆酶8 U/g,木素过氧化物酶10 U/g,锰过氧化物酶6 U/g,此条件下水解液中的混合糖含量为116 mmol/L,比未添加木质素酶含量提高了16%。试验为低酶用量、高糖得率的高效木质纤维素降解复合酶体系的建立及玉米秸秆木质纤维素原料的高效转化利用奠定了基础。     

碱性双氧水预处理对苹果渣化学组分和酶解得率的影响

【目的】利用浓度为4.5%、pH 11.5的双氧水（alkaline hydrogen peroxide,AHP）预处理苹果渣,研究其对苹果渣化学组分、木质素的去除率和纤维素酶的酶解得率的影响。【方法】以木质素的去除率为指标,优化AHP预处理的温度和时间,经过过滤收集固体组分、干燥后,制得预处理后的苹果渣。根据AHP预处理前苹果渣中纤维素、半纤维素的含量、木质素的含量以及酶解总糖含量,分析AHP在最优预处理温度下,不同预处理时间对苹果渣纤维素、半纤维素的含量及回收率,木质素的含量及去除率、酶解糖得率的影响。通过扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）、热重分析法（thermogravimetry/differential thermogravimetry,TG/DTG）和傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared,FTIR）表征AHP处理前后的苹果渣物理结构、化学组分的变化。【结果】预处理的时间和温度对苹果渣木质素的去除率有显著的影响。综合考虑各方面的因素,尤其是经济效益,当预处理时间为2 h、温度为50℃时,木质素的去除率最优,可达到56.68%。在最优的预处理温度下,分析不同预处理时间后苹果渣的组分变化及酶解得率。当预处理时间为2 h时,纤维素、半纤维素回收率可达99.86%,非常接近未处理果渣中的含量;苹果渣的酶解糖得率可达到0.54 g·g^-1,是未处理果渣酶解得率的2倍。扫描电镜（SEM）图像对比说明AHP预处理使得果渣的物理结构变得多孔而疏松,纤维束变得宽松而粗糙,内表面积无限增大。热重分析法（TG/DTG）表明AHP预处理明显提高了纤维素组成单体的纯度,减少了预处理后果渣中木质素及残留物的含量。红外光谱（FTIR）研究揭示AHP预处理可以破坏木质素的化学结构,组成木质素的愈创木基、紫丁香基和对羟苯基等基本物质的结构被AHP破坏,从而使得AHP处理后果渣中木质素的含量明显降低。【结论】双氧水是一种有效的苹果渣预处理剂,其预处理效果与预处理的温度和时间有密切联系。     

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.     

木质素与生物燃料生产:降低含量或解除束缚?

生物质能源作为可再生性替代能源之一,其开发利用可为解决当前全球变暖、化石能源成本飞涨和环境污染等重大问题提供新的途径。木质纤维素是植物细胞壁的主要组成成分,也是地球上最丰富的可再生资源之一,可转化为生物酒精等液体生物燃料。木质纤维素主要包括纤维素、半纤维素和木质素,三者之间由酯键、醚键和糖苷键等化学键连接,形成的木质素-糖类复合体是一种共价键聚合物,这些细胞壁成分的组成及其互作会影响多糖的水解作用,进而影响木质纤维素的转化利用效率,其中,木质素被认为是阻碍纤维素酶分解的主要物理障碍。当前,提高能源作物生物质的田间种植、生产效率及其工厂化降解、转化效率是生物质能源发展的热点和难点问题。由于木质素是木质纤维素生物量中除多糖之外含量最高的成分之一,提高木质素利用效率成为影响整个木质纤维素生物冶炼产能的关键。为此,文中从降低木质素含量和解除木质素束缚的角度出发,系统回顾了木质素在植物细胞壁中的发育沉积特征及其遗传改造研究进展,探究从植物细胞壁结构组成角度优化木质纤维素性状提高生物燃料产率的可能性,重点论述了降低能源植物木质素含量的遗传选育和基因改良策略,以及木质纤维素生物冶炼的预处理和分离技术。一方面,通过常规育种程序培育低木质素含量的生物能源作物品种,或是通过基因工程技术下调木质素的生物合成,对于提高木质纤维素利用效率和降低生物燃料生产成本均具有积极的作用。另一方面,以解除木质素束缚为目的的生物冶炼预处理技术是提高木质纤维素生物燃料工厂化生产效率的重要环节,主要包括酸预处理法、碱预处理法和有机溶剂预处理法,高效的预处理技术能够显著提高纤维素酶水解效率,增加生物酒精产量。文中最后对木质素与生物燃料生产的研究与应用前景进行了展望。     

基于全溶体系的毛竹竹材木质素分离方法

  目的  以毛竹Phyllostachys edulis竹材为原料，经球磨分别通过LiCl/DMSO溶剂体系的溶解、再生处理、纤维素酶水解，得到的酶解残渣进行溶剂抽提、纯化，分离出竹材中的再生酶解木质素（RCEL）。  方法  木质素化学成分按照标准方法测定，木质素结构单元的变化通过红外、碱性硝基苯氧化、核磁共振波普分析，采用X射线衍射比较再生前后的纤维素结晶区变化。用凝胶渗透色谱测定木质素的分子量及其分布。  结果  经由化学成分结果得知:RCEL的得率和纯度都较高。经红外、元素分析、硝基苯氧化、凝胶渗透色谱、核磁共振等手段表征表明:分离得到的竹材RCEL为GSH型木质素，缩合程度略高于纤维素酶解木质素（CEL），其中，紫丁香基结构单元含量较高，达50%，分离过程中结构单元比例没有变化。从分子量及其分布来看，竹材RCEL数均分子量和重均分子量都较高，分离过程中木质素降解较少。经X射线衍射分析，经LiCl/DMSO体系溶胀处理后纤维素的结晶度有所下降。RCEL木质素热失重温度为200~600℃，600℃后失重趋于稳定，木质素缩合程度不同会导致不同的热解特性。  结论  基于LiCl/DMSO溶剂体系的分离方法，对木质素大分子结构有较好的保护作用，对碳水化合物有很好的降解作用，可以改变纤维素结晶区的结构，降低结晶度，从而能促进纤维素的降解，提高酶解效率，有利于高效分离CEL。与传统分离方法得到的球磨木质素（MWL）、CEL相比，经过LiCl/DMSO溶剂体系处理后得到的竹材RCEL，能较好地代表竹材的木质素。     

酶法去角质对西番莲果皮果糕品质的影响

以西番莲果皮浆为原料生产果糕是提高西番莲果皮资源利用率的良好途径。为解决果糕口感粗糙的问题,研究了复合酶法去除西番莲果皮角质工艺。通过正交试验优化的酶解工艺参数为:果皮浆pH5.5,添加纤维素酶浓度2.5mg/g、半纤维素酶浓度1.5mg/g、木质素酶浓度1.0mg/g,35℃酶解5h,能降解果皮中50%的角质,降低西番莲果皮浆的粗糙感,提高果皮组织中果胶的溶出率,辅以糖、胶凝剂,能制作出口感更细腻、色泽更均匀净透的高品质西番莲果糕。     

离子液体预处理纤维素及木质纤维素的研究进展

稳定性好、溶解能力强的离子液体,能够快速瓦解木质纤维素网络结构,提高纤维素酶的可及度和酶解效率,可大幅度降低预处理成本。本文综述了常见离子液体的组成、离子液体对木质纤维素的溶解分离等预处理方法及其原理。     

厌氧消化处理玉米秸秆酶解残渣对木质素的影响研究

以秸秆为原料生产燃料乙醇会产生大量富含木质素的酶解残渣,从中可回收木质素,但酶解残渣中的糖类等杂质会影响木质素的高值利用。因此,采用厌氧消化的方法处理玉米秸秆酶解残渣,利用凝胶渗透色谱、热重分析、傅里叶红外光谱以及核磁共振氢谱等手段表征处理前后木质素的结构和化学性质。经厌氧处理后,残渣中糖类含量显著降低而木质素总量基本不变,木质素几乎未降解。厌氧处理前后固体残渣中木质素的结构和热化学性质无明显变化,表明该方法能在去除糖类的同时较好地保留木质素的结构。     

碱处理中温度对不同底物特性木质纤维素结构及酶解的影响

为研究碱法预处理中温度对不同底物特性的木质纤维素结构及酶解效率的影响,选用柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom,简称CKK,以下简称柠条)、水稻秸秆、小麦秸秆为原料,用NaOH溶液分别在常温和高温条件下进行预处理;通过扫描电镜(简称SEM)分析、傅立叶转换红外光谱(简称FTIR)分析、X-射线衍射(简称XRD)分析等分析预处理后木质纤维素的表面形态、化学成分及结晶度的变化,并用纤维素酶对预处理后的木质纤维素原料进行酶解糖化试验。SEM和成分分析结果表明,NaOH溶液碱处理能有效去除木质纤维素的木质素成分,破坏致密的物理结构;FTIR图谱表明,经NaOH溶液处理后,柠条、水稻秸秆和小麦秸秆的木质素结构受到一定程度的破坏,羟基、亚甲基、甲氧基和酯键等部分官能团发生断裂;XRD分析和酶解结果显示,碱处理能破坏木质纤维素原料中的结晶区,增大原料的孔隙率和内表面积,从而增加纤维素酶的可及性和酶解转化率,经过24 h酶解后,高温下碱处理能使水稻秸秆葡聚糖的转化率高达94.87%;其中,温度又作为一个重要的因素影响NaOH溶液碱处理的效果,当温度升高时,NaOH溶液碱处理对木质素的去除效果更好,对底物的物理结构破坏更严重,因此升高温度会促进NaOH溶液碱处理的作用效果。     

杏鲍菇菌丝对不同碳氮源利用的研究

利用液体培养的方法研究了6种碳源、8种氮源对杏鲍菇菌丝胞外纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶(漆酶、愈创木酚氧化酶、多酚氧化酶)活性对菌丝干重的影响。结果表明，酶活性高低和菌丝生长量大小之间无必然联系。各种酶活性在不同碳、氮源培养时有较大差异。就纤维素酶而言，果糖和硫酸铵是很好的碳、氮源；对于半纤维素酶，乳糖和硫酸铵是很好的碳氮源；关于木质素酶，综合比较，较好的碳氮源是果糖和酵母膏。     

纤维素酶预处理对葛渣异黄酮提取的影响

【目的】对纤维素酶预处理提取葛渣异黄酮的条件进行优化。【方法】在单因素试验基础上,采用响应面分析法研究纤维素酶量、酶解温度、pH值和酶解时间对异黄酮得率的影响,优化提取条件。【结果】建立了纤维素酶量、酶解温度、pH值、酶解时间与异黄酮得率之间的回归模型,得到纤维素酶预处理的最佳条件:纤维素酶用量11mg(以5g葛渣计),酶解温度51℃,pH 5.0,酶解时间2.3h,异黄酮得率可达12.34mg/g,比传统醇提法得率提高57%。【结论】纤维素酶预处理提取葛渣异黄酮效果较好,异黄酮得率较高。     

低过氧化氢浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆试验

生物质资源是地球上含量丰富的资源之一,生物质中蕴含着大量化学能。因此,高效地利用生物质资源能有效缓解当今世界承受的能源压力。但由于木质纤维素复杂的包裹结构很大程度上阻碍了生物质资源的能源化利用,所以学者们不断探索出更高效的处理方式来打破木质纤维素的复杂结构,便于其进一步转化利用。为提高玉米秸秆的综合利用率,降低预处理成本,采用低过氧化氢浓度的芬顿试剂对玉米秸秆进行预处理,以纤维素酶酶解后的还原糖产量和秸秆中木质素的相对含量变化来评价预处理效果;并通过傅立叶红外光谱(FTIR)、X-射线(X-Ray)等技术手段从官能团的变化、纤维素晶体的结晶度变化两方面对芬顿试剂预处理玉米秸秆的机理进行了进一步解析验证。结果表明:采用0.2mol·L-1的Fe2+、0.2%H2O2组合处理玉米秸秆24h,酶解72h后酶解液中还原糖的浓度是未处理秸秆的1.21倍,预处理后纤维素的结晶度下降7%,酸不溶木质素的相对含量下降16.27%。可见采用低浓度的芬顿试剂预处理玉米秸秆是一种有效的方法,且操作简单、反应时间短。     

堆肥化过程木质素降解和腐殖质形成的研究进展

好氧堆肥化作为处理有机固体废物的技术之一,可同时实现废物的无害化、减量化和资源化。堆肥原料中含量丰富且结构复杂的木质素是限制快速腐殖化速率的重要因素,堆肥化过程中形成的稳定腐殖质是良好的土壤修复剂和调理剂。强化木质素的降解,同时促进腐殖质的快速形成是提高堆肥效率和堆肥质量的关键。综述了微生物、预处理方法和添加剂对木质素降解的影响,总结了堆肥腐殖质的特征与形成过程、腐殖质的应用研究、以及腐殖质形成与木质素降解的关系。提出应从以下几个方面开展研究:(1)木质素酶催化机理、降解酶基因结构和表达调控机理;(2)木质纤维素的高效、低耗破壁预处理技术;(3)堆肥腐殖质的结构特征及其对土壤营养调控的作用机理。为有机物的快速腐殖化及堆肥腐殖质的资源化利用提供参考和依据。     

氮肥和多效唑对小麦茎秆木质素合成的影响及其与抗倒伏性的关系

 【目的】明确氮肥和多效唑对小麦茎秆木质素含量的影响,探讨氮肥和多效唑调节茎秆抗倒伏能力的机制。【方法】以小麦品种烟农21和藁城8901为材料,通过田间试验和室内分析,研究氮肥和多效唑对小麦不同时期茎秆抗折力、抗倒伏指数、木质素含量的影响以及木质素合成相关酶的活性变化。【结果】同品种条件下,与低施氮（225 kg•hm-2）处理相比,高施氮（300 kg•hm-2）处理降低了茎秆苯丙氨酸转氨酶（PAL）、酪氨酸解氨酶（TAL）、肉桂醇脱氢酶（CAD）和4-香豆酸:CoA连接酶（4CL）的活性,茎秆木质素含量、抗折力和抗倒伏指数降低。而喷施多效唑显著提高茎秆PAL、TAL和CAD的活性,木质素含量、茎秆抗折力和抗倒伏指数提高,倒伏面积和倒伏程度降低。相关分析表明,茎秆抗倒伏指数与木质素含量呈显著正相关（r=0.61,P＜0.05）;木质素含量与PAL、TAL和CAD酶活性呈显著正相关,与4CL酶活性相关不显著。【结论】高施氮量处理降低了茎秆木质素合成相关酶的活性和木质素含量,茎秆抗倒伏能力降低。而施用多效唑显著提高茎秆木质素合成相关酶的活性和木质素含量,进而增强了茎秆抗倒伏能力。     

红侧耳双核菌株降解稻草木质纤维素研究

【目的】深入研究红侧耳双核菌株降解稻草的过程,为开发利用富含木质纤维素的秸秆资源奠定基础。【方法】对BS02、BS09、BS15和BS17等4株红侧耳双核菌株降解稻草过程中,纤维素酶、MnP酶、LiP酶和漆酶的酶活及木质素与纤维素降解率、粗蛋白含量和稻草表面结构的变化等指标进行了测定与分析。【结果】4株红侧耳双核菌株酶活的变化与其对稻草木质纤维素的降解率之间具有一定的相关性,BS17的纤维素酶活、纤维素降解率和粗蛋白产率较高,BS09的MnP、LiP酶活和木质素降解率较高,BS15的漆酶酶活较高。利用扫描电子显微镜对降解稻草秸秆的表面结构进行观察,可看到该菌株主要降解稻草的薄壁细胞,使其发生严重皱缩。【结论】红侧耳在农作物秸秆的综合利用方面具有良好的应用前景。     

纤维素酶预处理小麦秸秆制备乙酰丙酸的效果研究

以小麦秸秆为原料,采用纤维素酶进行预处理,然后酸水解制备乙酰丙酸.探讨了预处理温度、时间、酶解液用量及原料粒度对乙酰丙酸得率的影响.研究结果显示:预处理可有效地促进小麦秸秆的降解,提高乙酰丙酸的得率.在预处理温度为56.27℃、预处理时间为6.31h、酶解液用量为31.6 U/g、原料粒度为70目时,乙酰丙酸的得率比相同条件下没有进行纤维素酶预处理的试样提高了5.83百分点.     

3株真菌固态发酵产木质素降解酶的研究

对菌株JS-1008、米曲霉CGMCC5992、黄孢原毛平革菌CICC40719等3株真菌固态发酵产木质素降解酶、纤维素酶、半纤维素酶进行了研究。结果表明,3株菌株中,米曲霉发酵产木质素降解酶活性最高,木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性可达2.08、1.79 U/g DS,产纤维素酶、半纤维素酶活性则相对较低,分别为1.69、4.19 U/g DS,木质素降解率为7.23%;菌株JS-1008产木质素降解酶、纤维素酶、半纤维素酶的活性均较低,木质素降解率最低;黄孢原毛平革菌产木质素降解酶的水平最低,木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶的活性分别为0.40、0.51 U/g DS,但产纤维素酶、半纤维素酶的活性最高,分别达到2.54、10.86 U/g DS,木质素降解率达11.7%。     

不同果锈等级的阳光玫瑰葡萄果皮结构及相关物质变化

为了探明阳光玫瑰葡萄果锈形成的生理机制,以8年生阳光玫瑰葡萄植株为试验材料,在果实进入软化期后,研究不同果锈等级的果实果皮组织结构、细胞膜透性、细胞壁与果锈相关物质含量及相关酶活性的变化。结果表明,果锈首先发生在细胞间隙和细胞壁上,细胞结构凸显,之后逐渐向细胞内部蔓延,褐化范围和细胞间隙增大,果皮表面凹凸不平,严重时果锈渗透整个细胞。随着果锈等级的增加,果皮细胞膜透性逐渐增加,果锈等级3及以上的细胞膜渗透率显著增加,达到77%以上;纤维素、半纤维素和原果胶含量逐渐降低,木质素和总酚含量逐渐升高,且果锈等级1及以上的木质素和总酚含量显著增加,分别达到161.3 mg/g和1.29 mg/g以上;纤维素酶和酸性磷酸酶活性先升高后降低,碱性磷酸酶和过氧化物酶活性先降低后升高,苯丙氨酸解氨酶活性逐渐升高,多酚氧化酶活性逐渐降低。总之,阳光玫瑰葡萄果锈的形成是细胞壁结构的降解和木质素等果锈物质的积累过程,苯丙氨酸解氨酶是调控其果锈形成的关键酶。