纤维素酶降解机理的研究进展

纤维素酶在生物炼制过程中具有重要地位,因而十分有必要深度解析酶解作用机理.纤维素是由D-葡萄糖聚合形成的高分子聚合物,它的降解在木质纤维素解聚过程中最为关键,由于其分子结构相当稳定,需要纤维素酶各结构域及组分协同作用,才能将其高效降解为可利用的糖类.本文总结国内外学者对纤维素酶降解机理的最新进展,首先从纤维素酶分子结构与功能的相互作用出发,揭示结构与功能间的互作关系,阐述生物催化分子机制,可为优化酶结构增强酶功能提供理论依据;其次概述纤维素酶降解机理的作用特点,论述酶促协同及其外部环境对纤维素酶活力的重要影响,可为酶解体系优化设计提供借鉴;最后,结合纤维素酶降解机理总结概括了有效降低酶成本的途径.     

基于RSM对纤维素酶预处理制备MFC薄膜的参数优化

采用响应曲面法(RSM)对纤维素酶预处理制备微纤化纤维素(MFC)薄膜的工艺条件进行优化.先通过万能试验机对薄膜性能进行单因素分析,然后以MFC薄膜的抗拉强度为响应值,利用RSM进行参数优化.结果表明:MFC薄膜的抗拉强度随着纸浆浓度、酶用量、酶处理时间的增加呈现出不同的变化趋势;RSM预测得出MFC薄膜的酶预处理优化条件为纸浆浓度10%,、酶用量11.74,U/g、酶处理时间24,h.     

木质纤维素高效降解菌株的筛选及其对小麦秸秆的强化降解

为有效加速废弃生物质的转化速度,以林下土壤为菌种来源进行木质纤维素高效降解菌株的筛选和鉴定,利用BBD(Box-Behnken-Design)二阶模型优化其对木质纤维素的降解条件,并探究预处理对细菌菌株降解小麦秸秆的影响.结果显示,初筛共计筛选出5株对木质纤维素具有降解能力的细菌菌株,经复筛后获得1株对木质纤维素具有较强降解能力的细菌菌株(RS22),经16S rRNA基因鉴定为Klebsiella oxytoca.RS22的滤纸酶、羧甲基纤维素酶和半纤维素酶活性分别为1.01、0.82和5.87 U·mL^-1,其对木质纤维素的最佳降解条件为pH:6.8、温度：30.9℃和转速56.8 r·min^-1.小麦秸秆降解实验表明,经化学预处理后的小麦秸秆木质纤维素总量降低最为明显,达到了54.30%,各处理中滤纸酶、羧甲基纤维素酶和半纤维素酶活性均呈现随时间缓慢增加的趋势,而对照组中各种酶活性变化呈“M”型.结晶度分析显示,除粉碎预处理外,其他处理组的小麦秸秆生物降解后木质纤维素的结晶度均有一定的提高,说明RS22可以有效加速非晶态木质纤维素的降解...     

侧耳菌产生木质纤维素酶及其降解植物生物质的研究

对在液体培养基中产生木质纤维素降解酶能力强且产酶速度较快的侧耳 sp 2 (Pleurotussp 2 )进行了最佳产酶液体培养基组分的研究 ,并对其在液体培养基、固体培养基中产生木质纤维素降解酶能力和行为进行了分析 .结果表明 ,该菌株在低氮高碳高无机盐培养基中的锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶、漆酶和半纤维素酶等 4种酶的活性最高 .其中 ,锰过氧化物酶的活性峰值出现时间仅为 6 d,比其他 3种酶活性峰值期早 6 d. Pleurotus sp 2是目前已知的在液体培养条件下产锰过氧化物酶较高的菌株之一 .当该菌株培养在含有低氮无碳高无机盐液体培养基的麦草粉中时 ,锰过氧化物酶和漆酶的活性峰值均出现在第 10天 ,而半纤维素酶的活性在 4 0 d时达到峰值 .此外 ,该菌株使麦草生物质失重可达 17.6 % ,可望能成为生物制浆中原料预处理的候选菌株     

纤维素酶及其应用介绍

纤维素酶是具有纤维素降解能力酶的总称,它们协同作用分解纤维素,所有能利用晶体纤维素的微生物都能或多或少地分泌纤维素酶,这些酶具有不同的特异性和作用方式。不同的纤维素酶能更有效地降解结构复杂的纤维素。     

高过滤性纳米纤维素/聚丙烯腈复合空气滤膜制备研究

以聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)和纳米纤维素晶体(cellulose nanocrystal,CNC)为原料,采用静电纺丝法制备纳米纤维素/聚丙烯腈复合空气滤膜.利用扫描电子显微镜,接触角,热重分析仪等测试方法对所制备的样品进行表征.静电纺薄膜的纤维直径平均(119±12)nm,具有多孔结构. CNC的添加提高了薄膜的亲水性能.红外分析证明了体系中CNC的存在,热重分析证明了薄膜具有一定的热稳定性.过滤性能测试结果表明该空气滤膜具有高过滤效率和低压降.添加纳米纤维素能够有效地改善聚丙烯腈空气滤膜的疏水性能.此外,纳米纤维素具有高强度和弹性模量,能够有效地提高空气滤膜的强度,从而增加空气滤膜的使用寿命.     

纤维素酶在酿酒酵母中的表面展示

利用木质纤维素进行生物法生产燃料乙醇在解决世界能源危机上有十分广阔的前景,但该产业受到预处理的限制,因此以酿酒酵母表面展示技术为依托,构建纤维素酶全细胞酶,既能水解木质纤维素又能利用水解木质纤维素得到的糖类发酵生产乙醇.将编码絮凝素锚定蛋白基因flo1与纤维酶基因cbh2串联整合在同一个开放阅读框中并构建p HBM368-PGK-flo1-cbh2重组表达载体.线性化重组表达载体后再导入尿嘧啶缺陷型酿酒酵母INVSc细胞,经由功能筛选及流式细胞法验证纤维素酶成功地展示表达在酿酒细胞表面.通过DNS法测得该全细胞酶在50℃反应1 h酶活为66. 75 U/mL.成功构建了以酿酒酵母为宿主菌的全细胞酶,为后期全细胞酶协同降解秸秆等系列研究奠定基础.     

康宁木霉液态发酵高产纤维素酶和木聚糖酶的研究

对选育的一株康宁木霉（Trichoderma koningii）QF-02进行了液态发酵生产纤维素酶和木聚糖酶的研究。实验结果表明：碳源的种类及性质是影响产酶的关键因素,价廉易得的天然稻草是其产酶的良好碳源。在培养基组成为40目稻草粉4g、Mandels营养液100mL、起始pH值4.8的优化培养条件下,摇瓶培养120h所得3种酶的平均活力分别为：滤纸酶活（FPA）1.43IU/mL, β-葡萄糖苷酶活0.36IU/mL, 木聚糖酶活176.8IU/mL。与商品纤维素酶制剂相比,在FPA载量相同(3FPU/g原料)的情况下,自制的复合酶在水解碱预处理稻草和天然稻草时,总还原糖产量比商品纤维素酶提高55%和40%,葡萄糖产量提高33%和12%。研究结果还表明木聚糖酶和纤维素酶具有协同酶解木质纤维素的作用。     

玉米芯诱导里氏木霉Rut C30产纤维素酶的分析

分别以不同木质纤维素类为碳源(质量浓度均为10,g/L)诱导里氏木霉Rut C30产酶,通过测定诱导过程的产酶曲线,结果表明:以玉米芯为诱导碳源时,各酶组分的产酶水平最高,诱导120,h后纤维素酶滤纸酶活、β–葡萄糖苷酶和木聚糖酶酶活分别为1.53,FPU/m L、0.61,IU/m L和72.86,IU/m L.采用高效液相色谱(HPLC)法分析了玉米芯水解过程中糖的组成及变化,可检测到的单糖包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖以及纤维二糖等寡糖.诱导产酶实验表明单糖中只有半乳糖可诱导纤维素酶的合成.     

基于QCM-D技术的细菌生物膜研究

近年来,耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术已经广泛用于细胞黏附行为的实时动态监测与研究,细菌生物膜(BBF)因其在临床治疗、食品工业、船体腐蚀和水环境污染等诸多领域给人类社会带来严重危害,造成巨大经济损失而备受关注。文章综述了近3年来将QCM-D技术应用于BBF研究的最新进展,主要包括BBF形成过程的动态监测与动力学信息分析;BBF形成过程的影响因素与生长参数研究;与其他分析技术结合,对BBF形成过程与性质的定性定量研究等。该研究可以进行动态、无损、实时的BBF生长研究,特别是进行BBF的生长动力学分析,但对于量化分析还需结合其他技术手段。     

基于BP神经网络的棉秆酶解糖化的模拟与优化

新疆棉秆资源丰富,将棉秆酶解生成可发酵糖,有利于其高值化利用。本研究以棉秆为原料,将其经过Na OH处理后,以纤维素酶用量、酶解温度、水解时间和固含量为输入参数,以酶解得到的还原糖产率为目标输出,在Box-Behnken设计实验的基础上,采用BP神经网络对经Na OH处理后的棉秆在纤维素酶中酶解的过程进行模拟与优化,建立了棉秆在纤维素酶中酶解糖化的神经网络模型,优化了棉秆在纤维素酶中酶解的工艺。模型分析结果表明:优化的神经网络模型均方误差小,回归值为0.9571,网络性能稳定,预测结果准确。通过模型优化获得最优的酶解条件为:酶用量为70 FPU/g,温度为46.31℃,酶解时间为72 h和固含量为7.5%,获得还原糖产率最高为62.14%;XRD、SEM和FT-IR的分析结果表明:Na OH预处理能有效除去木质素,使纤维素的含量相对升高,与纤维素酶的接触位点增多,从而提高棉秆的水解产率。     

松材线虫纤维素酶的活性鉴定和病理分析

分别选取了不同来源的三株松材线虫,对其可能的致病因子纤维素酶进行了基因克隆,其大小分别为1159、1138和1159 bp.随后的同源性分析结果表明这三个基因与已报道纤维素酶基因BX-eng-3具有较高的同源性,仅于含有较多重复序列处存在重复次数的差异,同时,由此获得的亲缘关系的结果与RAPD分析结果一致.对四种纤维素酶进行表达及活性确认表明四种纤维素酶水解纤维素能力相当,即纤维素酶所具有的致病性与酶活力自身无关,而是与其表达量相关,暗示存在差异的基因序列可能是纤维素酶的连接域,不影响酶的活性.选取其中一种纤维素酶BXC10进行松树纤维素水解实验,分别进行扫描电镜观察、还原糖分析和小角X射线衍射分析,结果均表明纤维素酶能有效水解松树纤维素,是重要的松材线虫病的致病因子,进一步为酶学学说提供了理论基础.     

基于QCM-D技术的细菌生物膜研究

近年来,耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术已经广泛用于细胞黏附行为的实时动态监测与研究,细菌生物膜(BBF)因其在临床治疗、食品工业、船体腐蚀和水环境污染等诸多领域给人类社会带来严重危害,造成巨大经济损失而备受关注。文章综述了近3年来将QCM-D技术应用于BBF研究的最新进展,主要包括BBF形成过程的动态监测与动力学信息分析;BBF形成过程的影响因素与生长参数研究;与其他分析技术结合,对BBF形成过程与性质的定性定量研究等。该研究可以进行动态、无损、实时的BBF生长研究,特别是进行BBF的生长动力学分析,但对于量化分析还需结合其他技术手段。
     

β-葡萄糖苷酶促进纤维素降解的应用

为了提高纤维素酶的作用效率，降低薯蓣皂苷元提取过程中纤维素带来的传质阻力，从而提高薯蓣皂苷元产率，在酶解的预处理过程中对糖液进行分离并添加β-葡萄糖苷酶分解体系中的纤维二糖．通过对不同预处理方式进行比较，考察了β-葡萄糖苷酶在纤维素降解过程中的作用，分析了纤维素酶的作用机制和抑制机理，认为葡萄糖和纤维二糖对纤维素酶的抑制作用不可忽略利用实验结论对酶催化提取薯蓣皂苷元的工艺进行改进，使产率提高了29．3％．     

青霉纤维素酶基因的表达调控与重组表达研究进展

青霉属菌株可以分泌完整的纤维素酶系,尤其高产β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BGL,EC 3.2.1.21),弥补了工业菌株里氏木霉(Trichoderma reesei)胞外β?葡萄糖苷酶活性低的不足,加上青霉菌株生长速度快等优点,使其产纤维素酶受到越来越多的关注。为了解决以木质纤维素为原料工业生产燃料乙醇所需纤维素酶量大、成本高等难题,深入研究青霉属纤维素酶基因的表达调控和重组表达非常重要。本文就青霉属纤维素酶基因资源、纤维素酶合成调控网络以及纤维素酶基因的重组表达等进行综述与展望。     

木质纤维素气凝胶在离子液体中的制备及表征

为制备一种新型的木质基新材料,采用离子液体将木粉溶解,经循环冻融工艺处理结合临界点干燥即得木质纤维素气凝胶。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备的木质纤维素气凝胶的微观形貌和结晶特性进行分析表征。结果表明,制备出的木质纤维素气凝胶具有的三维纤丝网状结构,通过冻融循环可以逐渐增强为片状结构,纳米纤丝的网络支架影响了气凝胶的多层级微米-纳米形貌;木质纤维素气凝胶的结晶度随冻融次数的增加呈先增加后减小的变化趋势;并阐释分析了木质纤维素气凝胶的形成机理。     

金针菇原生质体制备和再生条件实验

本文采用溶壁酶(Lyuvllzyme)、蜗牛酶(Snailase)、纤维素酶(Cellulase)制备金针菇(Flammulina Velutipes)的原生质体.比较了酶的浓度、渗透压稳定剂、温度、酶解时间、菌龄等因素对原生质体形成和再生的作用.1％蜗牛酶和1.5％溶壁酶酶解金针菇菌丝获得了高产量的原生质体.无机盐(kcl,Nacl,Mgso_4)和甘露醇是制备金针菇原生质体的有效稳定剂.35℃、酶解1小时、菌龄3～4天的菌丝是制备金针菇原生质体的最佳条件.不同的再生菌丝生长速度和子实体形成的时间有很大的差异.     

白色念珠菌SC5314原生质体制备的研究

通过研究白色念珠菌菌龄、预处理剂、酶解温度、裂解酶种类、酶解时间等不同因素对白色念珠菌SC5314原生质体制备的影响,确定了其原生质体制备的条件:选用菌龄为12 h的菌体,用50 mmol/L EDTA+5%巯基乙醇(体积比)+50 mmol/L Tris (pH=8.0)的复合预处理剂进行预处理,用0.7 mmol/L的NaCl作为渗透压稳定剂,1%的蜗牛酶+1%的纤维素酶+1%的溶壁酶在30 ℃的条件下酶解120 min.在此条件下,其原生质体制备率高达98%.     

绿色木霉EU2-77纤维素酶对园艺废弃物的酶解特性分析

以溶剂萃取法对园艺废弃物进行预处理,利用本实验室自筛绿色木霉(Trichoderma viride)EU2-77产生的纤维素酶对预处理前后的园艺废弃物进行酶解.结果表明,经过预处理的园艺废弃物的酶解产物总还原糖收率为未预处理的22.55倍.绿色木霉EU2-77纤维素酶分别与商业菌株里氏木霉(T.reesei)RUT C30纤维素酶和商业酶进行酶解性能比较,得出该酶酶解总还原糖收率(316.4 mg/g)高于商业菌株里氏木霉RUT C30纤维素酶(232.4 mg/g)和商业酶Celluclast1.5L(239.6 mg/g);而与商业酶Celluclast 1.5L+Novozym188混合液酶解能力(331.6 mg/g)以及Celic Ctec酶解能力(303.2 mg/g)相差不大.绿色木霉EU2-77产生的纤维素酶可望在园艺废弃物的回收利用方面得到推广应用.     

Na~+对氢氧化镁晶体在纤维素膜上原位生长的影响及应用

采用氨水和氯化镁为原料制备氢氧化镁晶体,在自制的纤维素膜上进行原位生长,对纤维素膜进行羧基改性,使纤维素膜表面产生具有能与氢氧化镁结合的活性结合点,控制氯化钠的添加,研究Na+对氢氧化镁晶体生长的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)观察氢氧化镁晶体的表面形态;X-射线衍射(XRD)分析其晶型结构;电感耦合等离子体(ICP)分析纤维素膜上镁元素的含量.研究结果表明,添加氯化钠,纤维素膜上得到棒状氢氧化镁晶体;不添加氯化钠,纤维素膜上得到片状的氢氧化镁晶体;生长有棒状氢氧化镁晶体的纤维素膜上镁元素含量比片状氢氧化镁晶体高.另外,生长有氢氧化镁晶体后纤维素膜的热稳定性有所提高,且生长有棒状氢氧化镁晶体的纤维素膜比生长有片状氢氧化镁晶体纤维素膜的热稳定性更好.