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1、第31卷第1期东华大学学报(自然科学版)Vol.31,No.12005年2月JOURNALOFDONGHUAUNIVERSITYFeb.2005废弃纤维材料的酶水解杨小寒,周美华,黄爱玲(东华大学环境科学与工程学院,上海,200051)摘要采用纤柔酶L(CellusoftL)和苏宏抛光酶(SuhongCellishL)进行废弃纤维素水解,从酶水解的机理出发,考虑酶水解的主要影响因素为温度、pH值、微量元素及底物浓度,并以酶解效率为主要指标设计了四因素三水平的正交实验。此外还研究了时间对酶解的影响,以及不同原材料的酶解情况。关键词:纤维素,酶水解,效率中图分类号:
2、X712目前,石油、煤和天然气是最基本的有机化工前,目前,研究影响酶水解的各种因素、提高酶水原料和燃料,是从不可再生的有限的自然资源中解速率及转化率成了研究的重点。影响纤维素酶开采得到的,这些资源最终将枯竭。而纤维素是水解的因素主要有水解温度、pH值、底物种类、酶一种廉价的可再生资源,是高等植物细胞壁的主来源及浓度、水解时间、失活剂和激活剂及预处理[3]要成分,其含量达植物干重的35%～55%,广泛存方式等。在于自然界,地球上每年光合作用可生成上千亿有若干种酶能催化水解纤维素成葡萄糖,酸性吨的纤维素。但纤维材料只有一小部分被用于纺纤维素酶是一种具有3～10个或更
3、多组分构成的[4]织、造纸、建筑、饲料、农肥、燃料等方面,大量废弃多组分酶。依其作用可分为外切β1,4葡聚糖的植物纤维不仅造成资源浪费而且污染环境,带苷酶、内切β1,4葡聚糖苷酶和β葡萄糖苷酶;[1]来公害。我国每年产生的秸秆就超过1亿吨,而碱性纤维素酶与酸性纤维素酶不同,它是一种单目前利用率极低,大量秸秆被焚烧,严重污染了大组分或多组分的只具有内切β葡聚糖苷酶活性的气环境。将纤维素水解成单糖,单糖经发酵可生纤维素酶。已知天然纤维素分子完全降解为葡萄产酒精、乳酸、酵母、医药品及其他化工原料,是合糖至少需要三类酶的协同作用,外切葡聚糖纤维二理利用生物资源解决未来能
4、源和资源危机的一条糖水解酶、内切葡聚糖苷酶和β葡萄糖苷酶。酶水重要途径。解纤维素的历程分三步进行,结晶纤维素被内切葡聚糖酶攻击生成无定型纤维素和可溶性低聚糖,然1纤维素酶水解机理后被外切葡聚糖酶作用直接生成葡萄糖,也可被纤维二糖水解酶水解生成纤维二糖,接着被β葡糖苷纤维素分子是由许多βD葡萄糖分子以酶水解得到葡萄糖,内切葡萄糖酶主要作用是将纤β1,4糖苷键连接形成的长链,100～200条长维素水解成纤维二糖和纤维三糖,不能将纤维素直[5]链通过氢键形成纤维素束,纤维素束的外围又被接水解成葡萄糖。整个反应可看成两个步骤,即木质素层和半纤维素所包围,纤维素的这种结构
5、将纤维素变成纤维二糖和将纤维二糖水解成葡萄使得纤维素的化学性质比较稳定,一般难溶于溶糖。纤维二糖的积累对于内切和外切葡聚糖酶的剂,只有水解成单糖才能被微生物利用。纤维素催化作用有抑制的影响,及时将其水解成葡萄糖,[2]酸水解的产物是杂乱的,酸水解需要耐酸设备,对降低此影响是有利的。葡萄糖的积累对于β葡并引起生成的葡萄糖发生分解和复合反应,导致糖苷酶的催化也有一定的抑制。这3种酶单独使纯度和产率下降。纤维素酶具有一定的专一性,用时,对纤维素无水解作用。苏茂尧等研究当内切一定的酶按照一定的催化方式水解,而且酶水解和外切葡聚糖酶合用时,棉花的溶解度为53%;外条件温和
6、。纤维素酶水解的研究,约开始于30年切葡聚糖酶和β葡糖苷酶合用时,溶解度为20%;곘收稿日期:200312011期杨小寒,等:废弃纤维材料的酶水解1213种酶合用,溶解度为72%。该试验的结果清楚地表明,3种酶间的相互协同作用,才能将纤维素最后[6]水解成葡萄糖。实际上,一般常用的纤维素酶制剂中往往混有半纤维素酶成分,因此,其对半纤维[7]素也有一定的酶解作用。2实验2.1原料与预处理河北邯郸产的玉米秸秆风干粉碎成20目图1时间对酶(CellusoftL)水解效率的影响备用。3.2影响纤维素酶水解因素的正交实验2.2纤维素酶酶的作用主要依赖于反应系统中温度、pH
7、值、纤柔酶L(CellusoftL)和苏宏抛光酶(Suhong底物浓度和微量元素,考虑上述4因素对酶水解的CellishL)均由上海诺维信(Novozymes)公司提供,影响,以酶解效率来评价酶解效果。设计了4因素产品均含有750EGU/g(EndoGlucanaseUnits)的3水平正交实验,采用的酶为CellusoftL,每个实验活力成分,其活性依据诺维信公司分析方法重复两次。表1为正交实验因素水平表,正交实验(AF275)。CellusoftL是纤维素酶(EC3.2.1.4),结果如表2所示。从方差分析表3可以看出,温度由木霉(Trichoderma)微
8、生物经液体深层发酵而制影
