真菌纤维素酶系催化纤维素水解活力的测定方法简介

<正>在测定纤维素粗酶样品对不溶性固体纤维素的水解活力时,尽管选用同一纤维素底物,并以同样的纤维素粗酶样品在相同温度下水解,测定结果受反应条件如纤维素底物浓度、纤维素酶浓度以及水解时间等因素的影响而相互差别很大。而纤维素粗酶作为多个纤维素酶组分的混合物,其糖化能力更加能够反应其中各个组分之间的协同水解转化能力。本文中选择了比底物水解率(SSC)作为纤维素酶浓度的函数,即单位纤维素酶每分钟对滤纸的水解百分比作为纤维素粗酶样品不同浓度的目的函数,从而克服了以上条件对纤维素酶活测定的影响。并以水解过程中SSC瞬时速率的AUC(Area under curve)对加入纤维素酶的量做图得到的斜率评价纤维素酶样品的水解能力。经检验,该方法也适用于以棉纤维、微晶纤维素PH101和磷酸膨胀纤维素等不同纤维材料为底物时纤维素酶粗酶样品糖化能力的测定。     

中性纤维素酶糖化中性汽爆玉米秸秆工艺优化

提出一种在非缓冲系统中水解中性汽爆秸秆的工艺。首先选取具有较好协同降解木质纤维素能力的特异腐质霉(Humicola insolens)所产中性纤维素酶进行工艺优化,确定其水解工艺可以在非缓冲体系中进行。在此基础上,通过添加β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、漆酶和表面活性剂与中性纤维素酶制剂中进行复配后在非缓冲体系中(自然pH值)水解中性汽爆秸秆,并用分批加酶水解提高了复合酶的酶解效率。结果表明,每克中性汽爆秸秆底物中加入10 FPU中性纤维素酶,75 IU β-葡萄糖苷酶,3 000 IU木聚糖酶和体积分数为0.5 % Triton-100,以100 g/L底物浓度水解120 h后,综合水解率为48.4 %。每克底物中复合酶以15+5 FPU,分批加酶水解120 h后综合水解率、纤维素水解率和半纤维素水解率分别为56.0 %、64.9 %和42.5 %。这有助于拓宽木质纤维素糖化工艺研究的思路,为木质纤维素材料高效糖化及后续乙醇发酵提供参考。     

半纤维素酶添加对碱处理甘蔗渣结构及酶解的影响

半纤维素作为木质纤维素的重要组分之一,通过氢键与纤维素的微纤丝结合,严重阻碍了纤维素表面与纤维素酶的接触,降低了酶解的效率。该试验以碱处理甘蔗渣作为底物,通过添加不同量的半纤维素酶去除不同比例的半纤维素。通过成分分析、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段分析添加半纤维素酶前后残渣的结构和酶解特性变化,发现随着半纤维素酶添加量的增大,残渣中木质素所占的比例逐渐增大,结晶指数逐渐增大,电镜表面沟壑逐渐加深,纤维束之间结构变得疏松。以半纤维素酶处理过的甘蔗渣作为底物,按照5FPU/g底物加入纤维素酶水解72h,与不添加半纤维素酶对照组相比,添加1600U/g半纤维素酶处理的试验组木聚糖的转化率提高了74.24%,葡聚糖转化率提高了35.30%。通过半纤维素酶添加可以有效促进纤维素酶解过程的进行,节约反应时间提高酶解转化率。     

纤维素酶高效水解麦秆的工艺研究

以纤维素酶水解蒸汽爆破麦秆的过程为研究对象,考察了底物浓度、纤维素酶用量、β-葡萄糖苷酶装载量以及化学激活剂对麦秆水解的影响。结果表明,高底物浓度下的最佳酶解工艺条件为底物(麦秆)浓度20%,酶装载量(U/g纤维素):滤纸酶活45、β-葡萄糖苷酶25、木聚糖酶800,0.1 mmol/L Mg2+、0.1 mmol/L Co2+、10 mmol/L Fe3+,1 g/L PEG2000、1 g/L Tween80和1 g/L山梨醇,搅拌速度120~150 r/min,分批补料,p H4.8,50℃,水解时间144 h。在此条件下,还原糖浓度达115.43 g/L,葡萄糖浓度达88.39 g/L,转化率也分别达到78.04%和88.73%。     

外切-β-葡聚糖酶基因重组里氏木霉的筛选及其产酶性能

外切-β-葡聚糖酶是纤维素酶的重要组分之一,提高该组分的活力是增强纤维素酶协同降解性能、降低纤维素水解成本的关键。分别采用微晶纤维素琼脂平板法和滤纸崩解法,对已有的基因重组转化子进行筛选试验,获得了6个优良转化子,其滤纸崩解速率和微晶纤维素琼脂平板上的生长速率都较大。进一步在摇瓶条件下进行复筛试验,获得了外切-β-葡聚糖酶(C1)高产转化子Trichoderma reesei ZU-101,液体培养48 h,其C1酶活力可达18.24 U·ml-1,是出发菌株的2.16倍;分析结果表明:重组转化子的纤维素酶体系中内切-β-葡聚糖酶和纤维二糖酶的活力与出发菌株相比变化不大,但由于外切-β-葡聚糖酶活力得到了大幅度提高,纤维素酶的总活力(滤纸酶活力FPA)也提高了61.9%。采用纤维素酶对碱预处理玉米秸秆进行酶解试验,当酶用量为20 FPIU·(g底物)-1,水解48 h,重组转化子T.reesei ZU-101纤维素酶的酶解得率高达94.4%。本文的研究结果在可再生纤维素资源的生物转化与利用方面具有广阔的应用前景。     

纤维素高效酶水解方法的探讨

纤维素酶解可为生物质基的能源与化工品开发提供必需的水溶性还原糖。实验以浓磷酸解结晶处理结合纤维素酶-β-葡萄糖苷酶混合酶液的协同酶解,构建了一种高效酶解方法。实验结果表明,酶水解的最佳条件为:酶液质量浓度为0.062 5 mg/m L,底物质量浓度为12.5 mg/m L,p H为4.8缓冲溶液,酶解温度为50℃,转速为120 r/min。解结晶MCC结合协同酶解方法作用120 h和解结晶麦草结合协同酶解方法作用120 h,产物得率均得到大幅提高。     

植物/微生物源活性蛋白协同纤维素酶水解木质纤维素的研究进展

综述了微生物源活性蛋白(水解酶和酶促因子)和植物源活性蛋白(水解酶和酶促因子)分别应用于木质纤维素-糖平台的研究进展,总结了植物/微生物源活性蛋白协同纤维素酶水解木质纤维素的作用机制,并对由植物/微生物源活性蛋白组合构建经济高效的纤维素酶水解体系进行了展望。     

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。     

非离子表面活性剂对木质纤维素酶解的促进作用

纤维素酶单位酶活力较低、酶用量较高及酶自身易失活等因素依然是木质纤维素工业生产能源和生物基产品的瓶颈性问题。本文尝试在木质纤维素基质水解时添加一些非离子型表面活性剂以减少纤维素酶用量,并对这些非离子型表面活性剂促进酶解效率提高的原因进行了初步探讨。研究发现,添加非离子性表面活性剂能提高木质纤维素的酶解,添加浓度为0.05 g/g底物,常压甘油自催化预处理麦草经过添加两种非离子表面活性剂Tween-80和PEG 6000后葡萄糖产量分别可提高20%左右;非离子表面活性剂对不含木质素的原料酶解产糖也有较大的提高,以滤纸为底物时葡萄糖产量提高近90%,以微晶纤维素为底物时分别提高70%以上;添加非离子表面活性剂使得酶解体系中扩散系数k升高,异相反应效率提高,酶促反应动力学Km值明显减小,显著提高底物对纤维素酶的亲和力。     

半纤维素酶研究进展及在纤维素乙醇领域的应用

近年来,在纤维素乙醇研究及示范进程中,纤维素酶的研究取得了较大的进展,半纤维素酶的研究却关注较少.半纤维素酶作为一个复杂的酶系,在木质纤维素底物水解过程发挥了关键作用.基于玉米秸秆的半纤维素结构,概述了玉米秸秆降解所需半纤维素酶系的酶学特性和协同作用等方面的研究进展,探讨了纤维素乙醇预处理工艺与酶制剂复配之间的关系,并展望了半纤维素酶未来的研究方向.     

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。     

外切-β-葡聚糖酶基因重组里氏木霉的筛选及其产酶性能

外切-b-葡聚糖酶是纤维素酶的重要组分之一,提高该组分的活力是增强纤维素酶协同降解性能、降低纤维素水解成本的关键。分别采用微晶纤维素琼脂平板法和滤纸崩解法,对已有的基因重组转化子进行筛选试验,获得了6个优良转化子,其滤纸崩解速率和微晶纤维素琼脂平板上的生长速率都较大。进一步在摇瓶条件下进行复筛试验,获得了外切-β-葡聚糖酶（C₁）高产转化子Trichoderma reesei ZU-101,液体培养48 h,其C₁酶活力可达18.24 U·ml^-1,是出发菌株的2.16倍;分析结果表明：重组转化子的纤维素酶体系中内切-b-葡聚糖酶和纤维二糖酶的活力与出发菌株相比变化不大,但由于外切-b-葡聚糖酶活力得到了大幅度提高,纤维素酶的总活力（滤纸酶活力FPA）也提高了61.9%。采用纤维素酶对碱预处理玉米秸秆进行酶解试验,当酶用量为20 FPIU·（g底物）^-1,水解48 h,重组转化子T.reesei ZU-101纤维素酶的酶解得率高达94.4%。本文的研究结果在可再生纤维素资源的生物转化与利用方面具有广阔的应用前景。     

纤维素酶的研究进展

综述了纤维素酶的发展近况及研究进展,介绍了纤维素酶水解结晶纤维素的机制、反应的协同作用及碳水化合物结合组件在反应中所起的作用,并对纤维素酶的研究趋势进行了展望。     

纤维素酶的研究进展

综述了纤维素酶的发展近况及研究进展,介绍了纤维素酶水解结晶纤维素的机制、反应的协同作用及碳水化合物结合组件在反应中所起的作用,并对纤维素酶的研究趋势进行了展望。     

纤维素酶固定化载体的研究进展

重点介绍了可溶性载体、不溶性载体以及可溶-不可溶性载体固定化纤维素酶的研究进展,3种载体都能不同程度地提高纤维素酶的稳定性与重复使用性。可溶性载体能提高纤维素酶的操作稳定性,有利于水解不溶性的纤维素,但回收不方便。不溶性载体固定化纤维素酶,回收方便,操作稳定性提高,但即使是提高了比表面积和减少了酶与底物的传质阻力的不溶性磁性纳米材料与膜材料固定化纤维素酶,也大多停留在水解可溶的羧甲基纤维素(CMC)阶段,不能高效率地水解不溶的纤维素底物。可溶-不可溶性载体固定纤维素酶,既能方便回收,又能水解不溶性的纤维素底物,但存在难固定,沉淀-溶解过程酶活损失大的缺点,期待开发新的固定方法与新的可溶-不可溶性载体。     

竹浆分批加酶工艺对长时间纤维素酶解性能的影响

优化纤维素酶水解工艺对于纤维素的高效利用具有重要意义。实验在保证纤维素酶相同的添加量时,采用多种方式分批添加纤维素酶水解竹浆,在长时间(7 d)的酶解过程中测定每天还原性糖产量,最后对长时间酶解过程中的影响因素进行了探究。实验结果表明:采用(0.35 mL+0.15 mL+0.1mL)添加工艺提高了酶解效率,酶解7d后糖产量提高了4.36%;纤维素酶随着培育时间的进行活性不断减小,培育1 d后的酶活性仅为原酶活性的53.87%;酶解糖产量随葡萄糖浓度的增加而降低,当葡萄糖浓度为30 mg/mL时,糖产量较无葡萄糖实验组降低了30.7%。酶解过程中酶活的丧失以及底物的抑制可能是影响纤维素酶长时间水解过程中的重要因素。     

粗纤维素酶液对微晶纤维素酶解的影响因素

栗生灰黑孔菌多被用于产漆酶的研究,很少有利用其纤维素酶的报道。为了降低在纤维素水解中纤维素酶的使用成本,利用栗生灰黑孔菌发酵制备的粗纤维素酶液,以微晶纤维素为底物模型,研究粗纤维素酶液水解微晶纤维素的最佳pH、温度和最佳表面活性剂助剂种类及浓度,并对不同表面活性剂存在条件下的纤维素酶解动力学、紫外和荧光光谱进行了研究。结果表明,粗纤维素酶水解微晶纤维素的最佳条件为pH 4.8,温度50℃,最佳表面活性剂助剂为吐温80,添加剂量为1.12mg/g底物;吐温80的添加可提高粗纤维素酶解的最大反应速度常数V_max,降低米氏常数K_m;表面活性剂改变了纤维素酶的紫外和荧光最大吸收峰,酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅲ带的谱峰,可能通过与纤维素酶中的氨基酸残基发生反应影响了纤维素酶的结构,进而影响了微晶纤维素的水解反应。该研究为进一步降低纤维素水解成本提供了理论指导。     

木聚糖酶原位协同水解预处理大米草的研究

用氨水与双氧水预处理大米草,与原料大米草一起进行球磨,用于木聚糖酶的协同酶解。结果表明,氨水结合双氧水预处理能有效脱除大米草中的木质素(63.81%),球磨处理能对纤维素结晶结构有所破坏,两者均可有效提高木聚糖酶的水解率。酶水解物主要成分为木糖(12.54%)、木二糖(40.38%)及少量阿拉伯糖(5.50%)。碱预处理结合球磨预处理,对木聚糖酶协同水解大米草产木寡糖具有明显的促进作用。     

木聚糖酶原位协同水解预处理大米草的研究

用氨水与双氧水预处理大米草,与原料大米草一起进行球磨,用于木聚糖酶的协同酶解。结果表明,氨水结合双氧水预处理能有效脱除大米草中的木质素(63.81%),球磨处理能对纤维素结晶结构有所破坏,两者均可有效提高木聚糖酶的水解率。酶水解物主要成分为木糖(12.54%)、木二糖(40.38%)及少量阿拉伯糖(5.50%)。碱预处理结合球磨预处理,对木聚糖酶协同水解大米草产木寡糖具有明显的促进作用。     

植物纤维原料纤维素酶水解的研究

以麦草为原料,探讨纤维素酶水解植物纤维的适宜条件。麦草含大量的纤维素和聚戊糖,其中的纤维素在纤维素酶的作用下分解生成葡萄糖和纤维二糖。对温度,pH值,酶解时间,酶用量分别进行单因素实验,通过测定葡萄糖含量和总还原糖含量,找出酶水解麦草的适宜条件为:pH4.6,温度47℃,酶解时间48h,酶用量7.5IU(每克绝干原料)。对不同底物浓度的实验表明,在尽可能高的底物浓度下连续水解,产物浓度高,得率也高。