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目前纤维素酶的成本过高是限制燃料乙醇工业化生产的主要因素之一,因而如何提高纤维素酶水解效率,降低纤维素酶用量是当前燃料乙醇生产领域的研究热点。在木质纤维原料中,半纤维素会覆盖在纤维素表面形成物理屏障,降低纤维素酶对纤维素的可及性。为克服该屏障作用,原料中的半纤维素需要转化为游离态或者是被水解为可溶性的糖。研究表明游离态的木聚糖(阔叶材和禾本科中半纤维素的主要成分)及其水解产物对纤维素水解有强烈的抑制作用,但是游离态的甘露聚糖(针叶材中半纤维素的主要成分)及其水解产物对纤维素水解效率的影响还尚不清楚。因而本文围绕游离态的甘露聚糖及其水解产物对纤维素酶水解纤维素的影响开展系统研究,探究了甘露聚糖及其水解产物抑制纤维素水解的机制,并在深入了解其抑制机制的基础上探究了缓解甘露聚糖及其水解产物抑制纤维素水解的有效措施,以期为开发水解得率高、酶制剂使用量少的高效酶水解技术提供理论依据。主要研究内容和结果如下:首先考察了不同种类的甘露聚糖(直链甘露聚糖、低分子量半乳甘露聚糖以及高分子量半乳甘露聚糖)对纤维素水解效率的影响,并探究了甘露聚糖结构特性包括分子量和半乳糖取代基等对甘露聚糖抑制纤维素水解的影响。研究结果显示,这三种甘露聚糖均会抑制纤维素水解,在纤维素酶水解微晶纤维素Avicel的体系中分别添加2.5mg/mL直链甘露聚糖、高分子量半乳甘露聚糖以及低分子量半乳甘露聚糖后,Avicel酶解得率降低了13.75%-39.10%。甘露聚糖对纤维素水解的抑制作用与甘露聚糖的结构特性密切相关,高分子量的甘露聚糖对纤维素水解的抑制作用强于低分子量甘露聚糖的抑制作用,而半乳糖基支链的存在会使甘露聚糖对纤维素水解的抑制作用能力减弱。探究了甘露聚糖对单一纤维素酶组分(内切葡聚糖酶Cel5A、外切葡聚糖酶Cel6A和Cel7A以及β-葡萄糖苷酶Cel3A)酶促反应动力学的影响,揭示了甘露聚糖抑制纤维素水解的机制。通过探究甘露聚糖对单一纤维素酶组分水解能力的影响,发现甘露聚糖对Cel5A、Cel6A和Cel7A的水解能力有强烈的抑制作用,但是对Cel3A的水解能力没有影响。动力学试验结果表明甘露聚糖会占据Cel7A的活性位点,从而竞争性的抑制Cel7A的活力,其中高分子量半乳甘露聚糖对Cel7A活力的抑制作用最强(抑制常数K_i为0.43 mg/mL),低分子量半乳甘露聚糖的抑制作用次之(抑制常数K_i为0.47mg/mL),直链甘露聚糖的抑制作用最弱(抑制常数K_i为0.50 mg/mL)。研究了甘露聚糖水解产物(甘露低聚糖、甘露糖和半乳糖)对纤维素水解效率的影响。研究结果显示,甘露低聚糖、甘露糖和半乳糖也会抑制纤维素水解效率,其中甘露低聚糖抑制纤维素水解的能力最强,其次是半乳糖,再次是甘露糖。在纤维素酶水解Avicel的体系中分别添加等量的(5 mg/mL)甘露低聚糖、半乳糖和甘露糖后,Avicel酶解得率分别降低了12.70%、4.23%和3.97%。进一步探究甘露低聚糖结构特性包括链长和半乳糖取代基等对甘露低聚糖抑制纤维素水解的影响可知,甘露低聚糖对纤维素水解的抑制作用随甘露低聚糖链长的增加而减弱,随半乳糖取代基的移除而增强。通过探究甘露低聚糖、甘露糖及半乳糖对单一纤维素酶组分水解能力的影响,发现甘露低聚糖对Cel5A和Cel3A的水解能力没有抑制作用,但是会抑制Cel6A和Cel7A的水解能力,而甘露糖和半乳糖对Cel5A、Cel6A和Cel7A的水解能力均有抑制作用。动力学试验结果进一步表明甘露低聚糖是Cel7A的竞争性抑制剂(抑制常数K_i为1.57mg/mL)。探究了甘露聚糖酶对甘露聚糖抑制纤维素水解的缓解作用,并从缓解甘露聚糖抑制的角度揭示了甘露聚糖酶强化木质纤维原料酶解的机制。研究结果显示,甘露聚糖酶能有效的缓解甘露聚糖及其水解产物对纤维素水解的抑制作用,在纤维素酶水解Avicel的体系中添加5 mg/mL半乳甘露聚糖后,Avicel的酶解得率从38.75%降低到了18.68%,进一步添加内切甘露聚糖酶、β-甘露糖苷酶和半乳糖苷酶后,Avicel的酶解得率显著提高到了35.33%。在纤维素酶水解白云杉纤维素的过程中,添加甘露聚糖酶后,白云杉纤维素的酶解得率提高了14.29%。进一步分析酶解液中纤维素酶活力的变化可知,添加甘露聚糖酶后,酶解液中Cel5A和Cel7A的活力分别提高了14.30%和10.91%,表明甘露聚糖酶可通过缓解酶解液中甘露聚糖对Cel5A和Cel7A活力的抑制作用,提高纤维素酶的活力,进而强化白云杉纤维素酶解。探究了化学助剂Tween 80对甘露聚糖及其水解产物抑制纤维素水解的缓解作用。研究结果显示,Tween 80能在一定程度上缓解甘露聚糖、甘露低聚糖、甘露糖及半乳糖对纤维素水解的抑制作用,在纤维素酶水解Avicel的体系中分别添加半乳甘露聚糖(5 mg/mL)、甘露低聚糖(5 mg/mL)、甘露糖(10 mg/mL)和半乳糖(10 mg/mL)后,Avicel的酶解得率从48.60%分别降低到了26.64%、39.96%、39.15%和36.90%,进一步添加Tween 80后,Avicel的酶解得率分别提高到了36.00%、46.58%、46.35%和45.00%。动力学试验结果表明Tween 80对Cel5A和Cel3A的活力没有影响,但是对Cel7A的活力有激活作用,该激活作用可以有效的缓解甘露聚糖及其水解产物对Cel7A活力的抑制作用,从而提高酶水解过程中纤维素酶的活力,进而提高木质纤维原料的酶解效率。