纤维二糖水解酶的研究进展

纤维素是世界上最丰富的可再生资源,将其降解为小分子糖并转化为燃料或精细化学品一直是研究的难点和热点。纤维二糖水解酶是生物降解纤维素的关键酶之一,它属于外切酶,作用于结晶纤维素的链末端依次切开相隔的β-1,4-糖苷键,释放纤维二糖。论文对纤维二糖水解酶的来源、分类、结构,对纤维素的作用机理、酶学性质、分子进化、商业酶制剂生产情况及其应用特性进行了总结,同时对该研究进行了展望。     

玉米秸秆纤维素分解菌的筛选及特性研究

本实验从小麦地、大豆地、白菜地中采集土壤,分别经过初筛、增殖、复筛、增殖分离出1株分解纤维素能力较强的闲株,并对其进行发酵培养,最后通过DNS法（3,5～二硝基水杨酸法）测还原糖和总糖来测其CMC酶活,最终反映出其纤维素分解能力较强。改变培养基中天然纤维素的含量,发现酶活性会随天然纤维素含量的增加而增强。     

热纤梭菌发酵产物的分析

分析了热纤梭菌（ＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍＴｈｅｍｏｃｅｌｌｕｍ）ＡＴＣＣ２７４０５和ＮＣＩＢＩ１０６８２转化纤维素的产物，研究表明，热纤梭菌转经纯化纤维素的产物主要有酒精，乙酸，还原糖，ＣＯ２和Ｈ２，还原糖成分为木糖，纤维二糖和葡萄糖，经ＡＴＣＣ２７４０５转化后产生的木糖，纤维二糖与葡萄糖的比例为３．３：０．９：１经ＮＣＩＢ１０６８２转化后，则为７．９：３．２：１。     

亚/超临界乙醇-纤维二糖二元组分的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了纤维二糖(纤维素模型物)与亚/超临界乙醇二元组分交互作用下微观结构变化与动力学参数。模拟发现纤维二糖和乙醇二元组分体系温度从450K上升至550K,密度从414.23kg/m3下降至241.52 kg/m3而出现分子涨落聚集现象。随着温度和压强的升高(450~550K、5~15MPa),乙醇与纤维二糖分子间径向分布函数峰值左移且逐渐增大,峰宽变宽,分子间相互作用逐渐增强;压强和温度的进一步升高(600K,20MPa),乙醇的自扩散系数增大,乙醇与纤维二糖分子极性大大降低,产生的游离基相互结合,配位数降低。本研究为亚/超临界乙醇促进纤维素的液化作用在分子水平上给出了初步的解释,并为建立纤维素液化过程的反应动力学模型提供思路,为生物质的转化提供多方面的基础数据。     

纤维素-糖复合物：简单糖类取代部分纸浆纤维用于纸张生产

将简单糖类置于未干燥的纸浆纤维细胞壁的微孔中来代替纤维素．从而降低纸张的纤维素含量并因而降低成本。针对微孔和糖分子的尺寸,讨论了被填人的单糖、二糖与纤维母体的相互作用特性,以及这两种材料之间的潜在多氢键结合程度与立体化学性质,同时对填充了不同含量葡萄糖、果糖或两者等量混合物手抄片的强度性质及光学性质作了研究。     

不同培养基培养木醋杆菌产细菌纤维素过程中物质变化的研究

研究了化学培养基和糖液培养基培养木醋杆菌产细菌纤维素的产量和发酵液内有机酸的变化,并分别将这些有机酸添加到化学培养基内测定发酵液的总糖、总酸及糖的转化率,结果显示:糖液培养基的细菌纤维素产量较高且发酵液内的有机酸种类较多;乙酸、丙酮酸、乳酸可以增加细菌纤维素的产量并提高糖的转化率;柠檬酸、苹果酸、丁二酸可以提高细菌纤维素的产量但不能提高糖的转化率;草酸和酒石酸对木醋杆菌产细菌纤维素有抑制作用.     

氨基酸发酵工业中原料替代的思考

在粮食危机的压力和可持续发展的要求下,寻求氨基酸发酵替代原料具有重要的意义。非粮植物原料主要包括糖类植物、淀粉植物和木质纤维素。现有加工工艺成本高且污染环境,因此,需要在"生物炼制"思想指导下,综合开发野生植物资源,发酵氨基酸的同时获取高附加值产品,既能降低成本,又避免了不必要排放带来的环境污染。木质纤维素资源经预处理和酶解工艺,产生可发酵的水解糖液,其中主要包含纤维二糖、己糖(葡萄糖)和戊糖(木糖和阿拉伯糖)。氨基酸发酵主要菌种谷氨酸棒杆菌不能利用木糖和阿拉伯糖,需要通过基因工程手段引入外源代谢途径,才能利用木质纤维素水解液中的己糖和戊糖共发酵。     

用木质素原料制乙醇

国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。木质纤维素转化为乙醇的步骤主要分为两步：纤维素水解成糖,糖发酵成醇。由于木质纤维素结构复杂,纤维素、半纤维素不但被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,纤维素具有高度有序晶体结构．因此必须经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度,以提高水解效率。     

利用响应面法优化混菌发酵细菌纤维素和醋酸培养基

采用二水平多因素实验设计对影响木醋杆菌和醋酸杆菌混菌发酵细菌纤维素和醋酸的培养基成分进行了筛选,所选取的7个相关因素为糖源、酵母膏、蛋白胨、KH2PO4、MgSO4、无水乙醇、柠檬酸,在此基础上,采用响应曲面法(RSM)对影响木醋杆菌和醋酸杆菌混菌发酵细菌纤维素和醋酸培养基的关键影响因素:糖源、无水乙醇的最佳水平范围做了进一步研究与探讨,通过对二次多项式回归方程求解得知,在上述自变量分别为糖源4.5%,无水乙醇4.0%时,综合指标(综合指标=醋酸产量+细菌纤维素产量)有最大值5.17。优化的混菌发酵培养基为:糖4.5%,酵母膏0.8%,蛋白胨1.0%,KH2PO40.3%,MgSO40.2%,无水乙醇4.0%。在此条件下测得的综合指标为5.21,比未优化前的4.56提高了14.3%。     

基于总糖/纤维素的配方烟丝均匀度评价方法建立及应用

为客观准确地评价配方烟丝中烟丝、再造烟叶、梗丝混配均匀度,建立了基于总糖/纤维素理论值和实际值差异的配方烟丝均匀度评价方法,通过构造不同再造烟叶、梗丝添加比例,对所建方法进行评价、应用和对比。结果表明,总糖和纤维素在烟丝、再造烟叶和梗丝中含量分布各不相同,总糖:烟丝梗丝再造烟叶,纤维素:再造烟叶梗丝烟丝。在试验范围内,采用总糖和纤维素作为均匀度评价的指标具有较好的灵敏度和准确度,当设定再造烟叶和梗丝掺配比例在5%～15%时,纤维素/总糖和总糖/纤维素对掺配比例变化的灵敏度为32%和40%,当实掺再造烟叶和梗丝掺配比例为6%～9%时,总糖和纤维素的实际检测值与理论预测值之间相对差值均1%。与YC/T 426—2012标准对比,该方法实用性较好,在实际生产中可作为一种补充方法对配方烟丝均匀度进行判定。     

预处理对甜高粱秸秆纤维素降解影响的初步研究

在纤维素降解过程中,通过化学的方法对纤维素原料进行预处理,可以大大的促进纤维素的降解。本试验对甜高粱秸秆采用了碱、酸二种处理方法,并初步研究了降解纤维素预处理的最佳条件。试验中采用了廉-爱农方法对样品中的糖量进行了测定。试验结果表明,经过预处理,显著提高了纤维素的水解性。预处理的最佳条件是：碱法25℃,碱溶液浓度为5%,预处理时间50h;酸法酸溶液浓度为1.5%,预处理时间5h。     

废旧纤维素纤维再利用方法优化

纤维素纺织品使用周期缩短,需要对废旧纤维素纺织品回收利用来节约资源、保护环境,亚临界水解法水解纤维素总反应热低。本次在Materials Studio 5. 5下的DMol3中,用密度泛函方法系统对比了真空气氛和亚临界水环境下纤维二糖稳定构型中主要原子构型的差异;探讨整个水解过程中主要化学键的键角、键长的变化情况和每一步的反应热。发现亚临界水环境下纤维二糖分子的水解机理,即经过质子化、单元环的异构化、糖苷键的断裂、水分子与异头碳原子作用以及去质子化,最终生成2个单糖。得到整个水解过程的总反应热仅为-1. 945 kcal/mol,符合实验值≤3. 0 kcal/mol,能量明显降低,其中控速步骤为单元环折叠而发生异构化,其能垒为2. 611 kcal/mol。     

低聚糖与功能性低聚糖

碳水化合物分为单糖、低聚糖、多糖三大类.葡萄糖、果糖、木糖等为单糖.低聚糖是由二个到十个分子的单糖组成的低聚合度糖,如蔗糖是由一个葡萄糖分子和一个果糖分子组成的二聚糖;麦芽糖则是由二个葡萄糖分子组成,它们经水解后都能生成单糖.淀粉、纤维素等也是由单糖组成,但有很多,是几千个葡萄糖分子组成的多糖.     

利用可再生资源生产酒精的细菌、酵母中的代谢工程

木质纤维素是地球上最充分的可更新的有机资源。将木质纤维素中的纤维素 (含葡萄糖 )、半纤维素 (含六碳糖和五碳糖 )水解成乙醇正在被广泛地研究。本文从代谢工程的策略和角度对利用木质纤维素生产乙醇的细菌 ,酵母重组菌的研究进展及相关菌株载体的构建方法进行了综述     

酶解竹子溶解浆制备纳米微晶纤维素的研究

纳米微晶纤维素(NCC)可由可再生资源制备,并且具有诸多特性,近年来成为研究热点。本文应用PFI磨对竹子溶解浆预处理,用纤维素酶水解制备纳米微晶纤维素,研究了酶解时间、酶解温度、酶用量对纳米微晶纤维素产率的影响,采用正交实验优化了工艺参数。并用高效液相色谱仪、马尔文激光粒度仪对水解液及NCC进行表征。结果表明:在酶用量2.736FPU/g、酶解时间3d、酶解温度50℃的条件下,纳米微晶纤维素的产率最高,达到19.13%;高效液相色谱分析表明水解液主要成分为葡萄糖,占总还原糖含量的71.06%,其次为纤维二糖12.39%,木糖7.68%;激光粒度分析表明NCC的Z均粒径为375.5nm。     

乙酸法制浆副产物半纤维素降解糖的初步研究

乙酸法制浆是分离木质纤维素原料的主要组分-木素、纤维素、半纤维素,以便于其进一步利用的简单、可行的方法。本文主要研究了乙酸法分离得到的半纤维素降解糖的特点,利用较新型的离子色谱法分析了半纤维素降解糖中的单糖组成和含量;利用超滤系统进行了半纤维素降解糖的初步分级及相对质量百分含量测定,分析了其分子量分布情况;利用红外光谱对半纤维素降解糖结构进行了一定的分析。     

RBD反应器生产细菌纤维素的研究

使用RBD反应器发酵生产细菌纤维素,优化试验菌株在RBD反应器中的工艺条件。当培养基中的初糖浓度为3%时糖转化率较高,为1∶5.3;RBD反应器转速为20 r/min、发酵过程中发酵液pH值控制在4.5时细菌纤维素的产量较高;发酵液限制糖浓度为1.5%,维持该浓度时细菌纤维素的产量可达到7.63g/L。     

超低温微体化处理白桦木质纤维素糖化工艺研究

采用超低温冷冻结合超微粉碎的方法对白桦木质纤维素进行预处理,并用纤维素酶对由预处理获得的超微粉体进行酶解,以提高其糖转化率,得到白桦木质纤维素最佳糖化条件:温度45℃,pH值4.8,酶用量20IU/g,糖化率为31.78%,还原糖产量为243.67 mg/g(底物)。较未经过预处理的白桦木质纤维素糖转化率提高了28.68%。     

以纤维二糖为底物利用重组大肠杆菌合成海藻糖

探讨以纤维二糖为底物合成海藻糖的可行性。首先克隆来自施氏假单胞菌A1501的otsA/otsB基因,外源导入Escherichia coli BL21（DE3）构建以葡萄糖为底物合成海藻糖的OtsAB途径。继而通过过表达E. coli本身的galU基因增加海藻糖合成前体物质尿苷二磷酸（uridine diphosphate,UDP）-葡萄糖的含量,使海藻糖产量提高了3 倍。通过添加井冈霉素抑制海藻糖的降解,进一步提高海藻糖的产量。在此基础上,过表达来自天然纤维素分解细菌Saccharophagus degradans的纤维二糖磷酸化酶基因cepA,使重组大肠杆菌具有利用纤维二糖产海藻糖的能力。利用该重组大肠杆菌全细胞催化生产海藻糖,底物为20 g/L纤维二糖,并添加0.05 mmol/L的井冈霉素抑制海藻糖降解时,48 h后可生成1.3 g/L的海藻糖。本研究利用重组大肠杆菌以纤维二糖为底物合成海藻糖,证实了以纤维二糖为底物合成海藻糖的可行性,为纤维二糖来源精细化学品的生产提供了新的思路。     

涂膜保鲜大蒜米技术研究

采用黄原胶-羧甲基纤维素作为涂膜保鲜材料,在常温条件下研究复合膜对大蒜米贮藏期间主要理化特性变化的影响。结果表明,黄原胶-羧甲基纤维素复合膜可有效抑制大蒜米的呼吸强度,保持大蒜米的水分含量、硬度、总糖含量和还原糖含量。黄原胶-羧甲基纤维素复合膜对大蒜米具有一定的保鲜效果。