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《影响纤维素酶解的因素和纤维素酶被吸附性能的研究_陈洪章.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第16卷第1期化学反应工程与工艺Vol16,No12000年3月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyMarch,2000文章编号:1001-7631(2000)01-0030-06影响纤维素酶解的因素和纤维素酶被吸附性能的研究陈洪章,李佐虎(中国科学院化工冶金研究所生化工程国家重点实验室,北京100080)摘要:本文以预处理的木质纤维素和结晶纤维素为材料,研究纤维素的吸附过程及影响酶解的主要因素,进而探讨纤维素酶解机制。纤维素酶的被吸附过程表现周期吸附和脱吸过
2、程,纤维素吸附酶和非吸附酶对汽爆麦草和微晶纤维素酶解有增强效应。半纤维素、木质素对纤维素酶具有同样的吸附性,使之无效增加纤维素酶制剂的用量。并提出了天然纤维素酶解过程可分三个阶段。首先是纤维素对纤维素酶的可及性;其次是纤维素酶的被吸附与扩散过程;最后是由CBH,CMCase和βGase自组织复合体(C1)协同作用降解纤维素的结晶区,同时由CBH,CMCase和βGase随机作用纤维素的无定形区。关键词:纤维素;酶解机制;汽爆麦草;结晶纤维素中图分类号:Q814文献标识码:A1前言纤维素酶水解是固液多相反
3、应,纤维素酶首先必须接触吸附到纤维素底物上,因此,纤维素对纤[1]维素酶的可及性是决定水解起始速率的关键因素。而可及性取决于木质素和半纤维素的机械障碍以及原料的比表面积。纤维素本身是由结晶区和无定形区组成的。对纤维素结晶区的酶解作用先后[2]提出不少假说,但至今仍没有合理的解释。纤维素结晶区的酶解也是纤维素酶解的关键因素之一,结晶区酶降解机制的了解将有助于纤维素酶解率的提高。有关纤维素酶解大多研究集中于纤维素酶[3]的分离纯化。Sasaki等仅对纯纤维素进行研究,结果认为结晶度是影响纤维素酶解糖化的主要
4、因[4]素。Gharpuray等以麦草为研究材料,分别进行化学,物理处理,并测定处理后比表面积、结晶度及麦草化学组成的变化。结果表明比表面积是影响纤维素酶解主要因素,其次是木质素含量,最后才是结晶度。本文以预处理的木质纤维素和结晶纤维素为材料,研究纤维素的吸附过程及影响酶解的主要因素。进而探讨纤维素酶解机制。为纤维素酶解的应用打下理论基础。2材料和方法[5]2.1汽爆麦草,乙醇萃取麦草[6]2.2纤维素酶的制备2.3微晶纤维素(MCC)CF11(Sigma公司生产)[6]2.4纤维素酶活的测定收稿日期:
5、1998-12-08;修订日期:1999-03-16作者简介:陈洪章(1961-),男,博士,副研究员。第1期陈洪章等.影响纤维素酶解的因素和纤维素酶被吸附性能的研究312.5纤维素酶水解称取0.5g原料,加入0.2mL纤维素酶液(30FPAIU/g)和14.8mL、pH4.8、0.2mol/L的乙酸缓冲液,再加入2滴甲苯,在50℃静置保温24～48h后煮沸灭活,之后用DNS测糖。2.6纤维素酶吸附性实验准确称取500.0mg原料,加入0.2mL纤维素酶溶液和14.8mL、0.02mol/L、pH4.8
6、乙酸缓冲液,置于冰水中,冰水浴一定时间后,用G3烧结漏斗抽滤,测定滤液酶活。3实验结果与讨论3.1影响纤维素酶解的主要因素3.1.1不同处理原料对纤维素酶解的影响此项影响列于表1。从表1可见,原料中的半纤维素、木质素含量和结晶度的高低与纤维素的酶解均无明显的相关性。作者认为关键不在于现有所采用的实测方法得出的含量大小,而在于通过处理后原料中的半纤维素、木质素是否还呈天然状态,也就是半纤维素和木质素对纤维素酶的可及性的影响。但从改性纤维素如微晶纤维素,滤纸和羧甲基纤维素的酶解来看,结晶度是影响酶解的主要因
7、素。因此,实验材料性能不同,得出的实验结论就不同。表1不同处理原料对纤维素酶解的影响Table1EffectofDifferentMaterialsonCelluloseEnzymaticHydrolysis原料性质分析结果原料半纤维素,%木质素,%结晶度,%水提得率,%酶解得糖率,%总得糖率,%碎麦草24.0418.1254.810.916.127.02汽爆麦草10.3116.6157.1925.0027.3152.31乙醇萃取麦草—3.6162.31—31.4131.41微晶纤维素——84.7—20
8、.21滤纸8.323.2160.48—34.11羧甲基纤维素————80.11细小纤维10388.0170.80—31.00木浆9.924.9082.10—28.91从化学工程角度看,半纤维素、木质素及结晶度主要是影响纤维素酶向纤维素的扩散传递问题。纤维素酶不仅降解纤维素的表面,而且还要向纤维素内部扩散,这个扩散过程影响纤维素酶解效率。另外,半纤维素及木质素对纤维素酶具有无效吸附[7]作用,使纤维素酶用量增加。许多研究也表明只有[8,9]在
