木质素降解产物对纤维素酶和木聚糖酶水解的影响

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木质纤维材料结构复杂,酶水解效率低。预处理能打破木质纤维材料的结构,减少其对酶的抗性。预处理过程中,纤维素、半纤维素和木质素的降解产物包括糖类、有机酸、酚类等。这些降解产物会抑制纤维素酶和木聚糖酶的水解,降低木质纤维材料的糖化效率。本论文以乙酸预处理杨木上清液为对象,研究其对纤维素酶和木聚糖酶水解特性的影响。结果表明,预处理上清液对纤维素酶和木聚糖酶的水解存在抑制作用,预处理温度越高,上清液对纤维素酶的抑制作用增强,但对木聚糖酶的抑制效果减弱。其中甲酸和总酚对纤维素酶和木聚糖酶水解有很强的抑制,2 mg/m L的总酚能使纤维素酶水解微晶纤维素48 h后的葡萄糖得率由31.94%降至24.27%,同时也使木聚糖酶水解榉木木聚糖48 h的木糖得率由39.72%降到25.74%,而乙酸和乙酰丙酸纤维素酶、β-葡萄糖苷酶对木聚糖酶几乎没有抑制。低聚木糖对纤维素酶的水解有较强的抑制作用,添加β-木糖苷酶可将低聚木糖水解成木糖从而缓解低聚木糖的抑制。研究了3种典型木质素降解产物(香草醛、4-羟基苯甲醛和丁香醛)对纤维素酶和木聚糖酶水解的影响。结果表明,3种木质素降解产物对纤维素酶和木聚糖酶的抑制随浓度增加而增大,对β-葡萄糖苷酶没有抑制。3种酚类对纤维素酶的抑制效果没有明显的差异,10 mg/m L的香草醛、4-羟基苯甲醛和丁香醛可将纤维素酶水解微晶纤维素的葡萄糖得率由71.17%分别减少到33.80%、29.52%和32.03%。此外,3种木质素降解产物对内切葡聚糖酶CBH I也有很强的抑制,其抑制强弱顺序为:丁香醛>香草醛>4-羟基苯甲醛。4-羟基苯甲醛对木聚糖酶和β-木糖苷酶的抑制作用最强,香草醛次之,丁香醛最弱。10 mg/m L的香草醛、4-羟基苯甲醛和丁香醛可使木聚糖酶水解木聚糖的木糖得率由57.28%分别降至20.16%、12.26%和30.43%。动力学试验表明,香草醛和4-羟基苯甲醛对CBH I的抑制类型属于竞争性抑制,对β-木糖苷酶的抑制类型属于非竞争性抑制。本论文系统研究了预处理上清液及3种木质素降解产物对纤维素酶及木聚糖酶水解的抑制特性。研究结果为高效预处理方法的选择提供了指导,为木质纤维原料的高效酶水解奠定了重要的理论基础。
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