两种木质素对纤维素酶水解的影响机制

为探究木质素对纤维素酶水解效率的影响,将苦竹中提取的乙醇木质素（EOL-B）和磨木木质素（MWL-B）作为模型物添加到微晶纤维素中进行酶吸附和水解。结果表明：添加8 g/L MWL-B使得反应72 h的葡萄糖得率从51.34%降低到46.06%;添加8 g/L EOL-B使得反应72 h葡萄糖得率从51.34%增加到61.06%。与MWL-B相比,EOL-B与纤维素酶蛋白之间亲和力和结合力较低,故纤维素酶在EOL-B上的非特异吸附更少。FT-IR和¹³C NMR分析表明：经乙醇处理后,木质素分子中C-C凝缩单元减少,β-O-4'键断裂,导致木质素分子的亲水性增加,阻断了与纤维素酶蛋白疏水性氨基酸的结合,对纤维素酶蛋白吸附量减少,从而使得纤维底物周围的酶蛋白浓度增加,水解率提高。     

假木质素及其对纤维素酶的抑制效应研究进展

预处理是提高木质纤维生物转化效率的关键技术之一,但目前有效的预处理技术常导致碳水化合物降解,并生成对纤维素酶有抑制作用的物质。其中,假木质素是由碳水化合物降解产物进一步缩合而形成的具有三维立体、结构类似于木质素的物质。在纤维素的酶水解过程中,假木质素可对纤维素酶蛋白造成立体阻碍、静电吸附等作用,并降低纤维素的最终酶水解效率。深入研究假木质素结构特征及其对纤维素酶的抑制作用能够为提高纤维素基乙醇产率提供理论参考。     

木质素羟丙基磺甲基化改性及其对纤维素酶水解的影响

通过两步法对木质素进行了羟丙基磺甲基化改性,研究了羟丙基磺甲基木质素对纤维素酶水解的影响及其与酶的相互作用机制。采用红外光谱、核磁氢谱、表面电荷测定、接触角测定等方法对改性木质素的结构和表面特性进行了表征;采用耗散型石英晶体微天平(quartz crystal microbalance with dissipation, QCM-D)研究了改性木质素对纤维素酶非生产性吸附的影响。结果表明：与未改性木质素相比,羟丙基磺甲基化改性封闭了酚羟基,引入了亲水性的磺酸基团。羟丙基磺甲基化木质素具有较高的表面负电性和较低的疏水性,减少了其对纤维素酶的非生产性吸附,从而提高了纤维素的酶水解效率。     

木质素羟丙基磺甲基化改性及其对纤维素酶水解的影响

通过两步法对木质素进行了羟丙基磺甲基化改性,研究了羟丙基磺甲基木质素对纤维素酶水解的影响及其与酶的相互作用机制。采用红外光谱、核磁氢谱、表面电荷测定、接触角测定等方法对改性木质素的结构和表面特性进行了表征;采用耗散型石英晶体微天平(quartz crystal microbalance with dissipation, QCM-D)研究了改性木质素对纤维素酶非生产性吸附的影响。结果表明：与未改性木质素相比,羟丙基磺甲基化改性封闭了酚羟基,引入了亲水性的磺酸基团。羟丙基磺甲基化木质素具有较高的表面负电性和较低的疏水性,减少了其对纤维素酶的非生产性吸附,从而提高了纤维素的酶水解效率。     

玉米秸秆中不同木质素脱除方法对纤维素酶吸附及酶解效果的比较

利用不同预处理方法获得的玉米秸秆底物研究木质素脱除对纤维素酶吸附量及酶解效率的影响。相比于其他处理方法,2%(质量分数)NaOH处理的底物具有最高的木质素脱除率(85%),最高的底物可及性[4.7 mg·(g 葡聚糖) ^-1]及酶解效率(18.9%)。通过对不同处理获得的底物进行Langmuir吸附等温曲线模拟,获得了最大吸附量(W_max)与吸附平衡常数(K),且木质纤维素酶水解效率与纤维素酶吸附量具有很好的线性关系(R²>0.8),表明脱除木质素能很好地提高底物可及性与酶解效率。然而,提高NaOH浓度(3%,4%)进一步脱除木质素时,底物可及性与碳水化合物转化为单糖的效率反而明显下降。因此,适当脱除木质素而提高底物对纤维素酶的可及性将有助于获得更有效的酶水解效果。     

木质素对蔗渣酶水解的影响

采用机械活化方法对蔗渣进行处理,研究在原料可及性变化时木质素对蔗渣酶解的影响,用牛血清蛋白（BSA）预先使原料中木质素吸附饱和的方法来测定木质素对酶的吸附情况、用X-射线衍射和扫描电镜来测定蔗渣结晶结构、表面形态来表征原料可及性,从而分析影响的可能机制。结果表明木质素对蔗渣酶水解的影响与蔗渣可及性有关,原料可及性越高,影响越小。当蔗渣可及性相对较低时,此时木质素影响蔗渣酶水解转化率的两种方式（木质素与纤维素、半纤维素组成的致密结构限制纤维素对酶的可及性及木质素对纤维素酶的无效吸附作用）同时存在。当原料的可及性增加到一定程度后（如机械活化2h的蔗渣）,木质素对纤维素酶的吸附作用几乎消除,木质素对蔗渣酶水解的影响主要表现为对酶的可及性的限制。     

甘蔗渣木质素的结构及其对纤维素酶解的影响

对甘蔗渣有机酸预处理、碱处理和氧化预处理过程中得到的5种木质素[乙酸木质素(AAL)、Acetosolv木质素(As L)、Milox木质素(ML)、过氧乙酸木质素(PAAL)和碱木质素(AL)]进行了结构表征,通过元素、官能团和化学组分分析、分子量测定及光谱特性分析,验证了甘蔗渣木质素为典型的H-S-G型木质素,除PAAL外其余4种木质素具有类似的结构特性,而PAAL由于过氧乙酸的氧化作用使木质素结构显著变化,从而具有较低的分子量、较高的酸溶木质素和羰基含量.将5种木质素添加至纤维素酶催化水解体系中,纤维素转化率均有不同程度降低,PAAL的抑制作用最强.结合添加木质素单体模型化合物的实验表明,酚羟基是木质素抑制纤维素酶作用的关键官能团,对羟苯基中酚羟基的抑制作用比愈创木基和紫丁香基更强.木质素对纤维素酶解的抑制作用不只是通过无效吸附纤维素酶实现,小分子的酚类降解产物也会降低纤维素的酶解转化效率.     

玉米秸秆中不同木质素脱除方法对纤维素酶吸附及酶解效果的比较

利用不同预处理方法获得的玉米秸秆底物研究木质素脱除对纤维素酶吸附量及酶解效率的影响。相比于其他处理方法,2%(质量分数)Na OH处理的底物具有最高的木质素脱除率(85%),最高的底物可及性[4.7 mg·(g葡聚糖)-1]及酶解效率(18.9%)。通过对不同处理获得的底物进行Langmuir吸附等温曲线模拟,获得了最大吸附量(Wmax)与吸附平衡常数(K),且木质纤维素酶水解效率与纤维素酶吸附量具有很好的线性关系(R20.8),表明脱除木质素能很好地提高底物可及性与酶解效率。然而,提高Na OH浓度(3%,4%)进一步脱除木质素时,底物可及性与碳水化合物转化为单糖的效率反而明显下降。因此,适当脱除木质素而提高底物对纤维素酶的可及性将有助于获得更有效的酶水解效果。     

甲酸/盐酸胍DES温和高效分离毛竹木质素

以毛竹为原料,采用甲酸/盐酸胍酸性低共熔溶剂（DES）温和高效分离木质素,并对其结构、热稳定性和抗氧化性进行了表征。结果表明,甲酸/盐酸胍（摩尔比为4:1）DES实现了温和短时条件下（100 ℃,2 h）高效分离木质素（得率为59.31%）,当进一步升温至120 ℃时,得率可达73.98%,其原因是该酸性体系中氢质子使木质素中大量的β-O-4、β-β、β-5连接键断裂,促使木质素大分子解聚成小分子而溶出。分离的木质素纯度高于96.6%,分子量低（Mw=1040~2040 g/mol）,多分散系数小于1.5,结构均一,热稳定性好。同时,该木质素抗氧化活性强（IC50=0.016~0.045 mg/ml）,优于商业抗氧化剂丁基羟基茴香醚（IC50=0.056 mg/ml）。     

低共熔溶剂预处理提高甘草渣酶解效果优化

近年来，低共熔溶剂（deep eutectic solvent，DES）以易制备、成本低、易回收等优势，在生物质预处理方面受到广泛关注。本研究以氯化胆碱为氢键受体，乙醇胺为氢键供体，合成DES，研究了不同温度、时间和固液比预处理条件对中药渣组分和酶解效果的影响。结果表明：固液比1∶20、120℃、预处理4h后原料中木质素去除率达到78.42%，纤维素回收率为83.89%。随后对不同条件下所得底物进行酶水解，反应96h后发现，较优条件下所得底物酶解效率为78.57%，较未处理中药渣（30.40%）提高了1.58倍。类分形动力学分析表明，预处理温度对酶解效果影响最大。SEM、XRD和FTIR检测发现，预处理后底物形貌、结晶指数和官能团变化有利于酶解效果的提高。     

木质纤维素预处理技术研究进展

木质纤维素转化燃料乙醇一般需要经过原料预处理、酶水解和发酵过程。由于木质纤维原料化学结构复杂、直接酶解效率非常低，一般在酶水解之前需要进行适当的预处理以打破其致密结构，增加纤维表面积，提高后续纤维素酶的可及性。预处理程度直接影响纤维底物后续酶水解的效果。本文在木质纤维素常用预处理技术分析的基础上，重点讨论了3种相对高效的预处理技术：微波辅助离子液体预处理、两阶段深度共熔溶剂（DES）预处理和氯化铁预处理技术，分析了它们的优势、不足及发展现状。文中指出微波辅助离子液体预处理可有效解构木质素和半纤维素，破坏纤维素结晶区域，利于后续酶解，但微波加热过程会使离子液体分解和部分底物碳化。两阶段DES预处理可有效提高酶水解效率，但是预处理后原料中残留的DES可能会对后续反应中纤维素酶和微生物产生抑制作用。氯化铁预处理可有效破坏木质素与碳水化合物间的结合键，脱除底物中的半纤维素，而对木质素和纤维素降解较少，具有很好的发展前景。由于单一预处理技术的局限性，寻求低成本高效的联合预处理技术将是未来重点发展的方向。     

木质素结构以及表面活性剂对木质素吸附纤维素酶的影响

引言随着世界经济的快速发展和人口的增加,石油以及其他不可再生资源已经濒临枯竭。出于经济发展、国家安全以及环境保护等各个方面的需要,各个国家都在寻找石油的代替能源。生物乙醇这一新     

离子及表面活性剂对甜高粱秆渣酶解的影响

为了提高纤维素酶水解经高温液态水处理后的甜高粱秆渣的效率,探讨了多种阴离子、阳离子以及吐温80(Tween 80)对纤维素酶活力的影响,并初步探讨了Tween 80影响甜高粱秆渣酶解的机制。酶激活试验表明,Br^-、I^-、NO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺和Co²⁺对纤维素酶有激活作用,但对甜高粱秆渣的水解效率提高不明显。添加Tween 80发现,随着浓度的增加,它对纤维素酶的抑制作用增强,而Tween 80添加量为0.175 ml·(g甜高粱秆渣)^-1时,甜高粱秆渣的酶解效率由16.6%提高到37.9%。吸附试验表明,甜高粱秆渣对纤维素酶和Tween 80的吸附达到一定限度后不再上升,Tween 80能显著降低甜高粱秆渣对纤维素酶的吸附。红外光谱分析发现,木质素对Tween 80的吸附要强于它对纤维素酶的吸附。     

低共熔溶剂和次氯酸钠组合预处理秸秆及在丁醇发酵中的应用

随着传统化石能源日趋枯竭，木质纤维素生物质等可再生资源的综合利用得到越来越多的关注。为了更好地利用木质纤维素生物质，采用物理、化学或生物方法降低其结构顽抗性是必不可少的步骤。在前期研究中，本文作者所在实验室发现了一种乙胺盐酸盐为氢键受体、乳酸为氢键供体的新型低共熔溶剂（EaCl∶LAC），其对玉米芯有很好的去除半纤维素的作用。本文将EaCl∶LAC用于预处理水稻秸秆，并结合碱性氧化剂NaClO，进一步提高了木质素的去除率。在最优条件下，经EaCl∶LAC/NaClO预处理后水稻秸秆的半纤维素和木质素的去除率分别为94.9％和80.2％。将预处理后水稻稻秆经纤维素酶解可得到总还原糖浓度为60.46g/L的秸秆水解液。采用梭菌Clostridium saccharobutylicum DSM13864利用稻秆水解液进行丁醇发酵，72h后丁醇浓度为10.16g/L，丁醇的糖醇产率为0.22g/g_{total sugar}。本文提供了一种提高木质纤维素生物质酶解效率和水解液还原糖浓度的方法，无需外源添加葡萄糖和脱毒处理，可直接用于发酵合成生物丁醇。     

Extraction of ferulic acid from oil palm pressed fiber by a choline chloride based deep eutectic solvent

Results on the extraction of ferulic acid from palm pressed fiber using deep eutectic solvent (DES) of choline chloride-acetic acid (ChCl-AA) and choline chloride-citric acid (ChCl-CA) are reported. Acetic acid was found to be a better hydrogen bond donor to choline chloride than citric acid for the extraction of ferulic acid. Influence of water content in both DES was investigated whereby ChCl-AA and ChCl-CA experienced a drop in viscosity from 9.678 to 1.429 and 22.658 ± 1.655 mm²/s, respectively as the water content in the DES increased from 0 to 50 wt%. The drop in viscosity contributed to higher extraction efficiency in which 41,155 ± 940 mg/kg ferulic acid was obtained after 6 h reflux when ChCl-AA with 30 wt% water was used for the extraction compared to 30,940 ± 621 mg/kg when neat ChCl-AA was used. Further increase in water content in the DES however, did not lead to higher extraction efficiency. Although viscosity of the DES could be improved with the addition of water, there is a threshold where the DES could tolerate the presence of water without changing its solvent behavior. Surface response model revealed that interaction between heating duration and water content in DES, as well as second order effect of both heating duration and water content in DES played important roles in the extraction of ferulic acid from oil palm pressed fiber. The optimum condition for extraction of ferulic acid from palm pressed fiber was heating for 6 h with DES containing 30 wt% water.     

Optimization of green extraction of high-value components from Eugenia uniflora leaves: Thermal stability and in-vitro biological activity

Deep eutectic solvents (DES) were evaluated as a sustainable route to obtain bioactive compounds from Eugenia uniflora L. leaves (EUL). Completely randomized experimental designs determined the process conditions. The DES composed of cholinium chloride as hydrogen bond acceptor (HBA) and lactic acid, glycerol, or 1,2-propanediol as hydrogen bond donor (HBD) showed the best extraction capacity. The better conditions were 150 min, 65°C, and a solid:liquid ratio of 1:30. The major constituents of the extracts, quantified by high-performance liquid chromatography (HPLC), were naringin and caffeic acid. Moreover, the DES promoted a preservative effect on the EUL extracts against thermal treatments. All extracts exhibited high antioxidant and antiglycation activities and iron-chelating potential. Moreover, when lactic acid was the HBD, the extracts showed considerable antibacterial activity. Therefore, it was effectively proposed as an effective and green route to obtain extracts with potential applications in the food, cosmetic, and pharmaceutical industries.