木质素-碳水化合物复合物结构变化对纤维素酶吸附影响的机理研究
批准号:
31400514
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
闵斗勇
依托单位:
学科分类:
林产化学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨益琴、吴文娟、杜丽婷、王旺霞、王琰
中文摘要
首先利用稀酸和稀碱分别对稻草原料进行预处理,再从预处理前后原料中分离出木质素-碳水化合物复合物样品;然后利用化学方法和波谱手段分析表征木质素-碳水化合物复合物在预处理过程中的变化:1、化学组成:木质素含量、碳水化合物含量及糖基组成,2、结构和属性:分子量、组分间共价键、官能团等;最后制备木质素-碳水化合物复合物基传感器,利用QCM原位、实时地监测木质素-碳水化合物复合物与纤维素酶相互作用过程。最终,1、阐明木质素-碳水化合物复合物在预处理过程中结构及属性变化对纤维素酶吸附影响的机理;2、揭示木质素-碳水化合物复合物与纤维素酶相互作用的“构效关系”;3、为阐述木质素-碳水化合物复合物如何影响木质纤维原料酶水解提供相应的理论基础。
英文摘要
Lignocellulose (rice straw) will be pretreated by the dilute sulfuric acid and the green liquor (alkali pretreatment), respectively. Then, lignin-carbohydrate complexes is being isolated from native and pretreated samples. The wet chemistry will be applied to determine the changes of the chemical components of the samples such as lignin content, carbohydrate content and polysaccharide components. The structural changes of lignin-carbohydrate complexes (LCCs) such as molecular weight, function groups, linkages between lignin and carbohydrate, etc. are being comprehensively characterized by chromatographic instruments such as 31P, 13C, 1H-13C HSQC NMR, UV, FTIR and GPC etc. Therefore, the changes of LCCs induced by the pretreatments will be elucidated comprehensively. Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring (QCM-D) will be used to characterize the interaction between cellulase and LCCs in this study. First of all, the sensor of QCM-D covered with nano-film of LCCs will be prepared with 1, 4-dioxane (96% V/V) (proposed) through electrostatic spinning coating. Then, the interaction between cellulase and lignin-carbohydrate complexes will be monitored by QCM-D in real time. Based on the result of QCM-D and the structure LCCs, the adsorption kinetics of cellulase on LCCs will be revealed. And the effects of the structural changes of LCCs induced by the pretreatments on the adsorption of cellulase will be demonstrated, as well. As a result, this study will provide essential and fundamental knowledge to improve pretreatment and/or to modify the cocktails of enzymes for better enzymatic saccharification on lignocellulosic materials.
由于原料是可再生的木质纤维,因此生物炼制是实现能源及化学化工产品可循环生产的潜在技术。阐述木质素-碳水化合物复合物对纤维素酶的吸附机理能够促进还原糖平台的生物炼制的发展。. 项目的主要内容包括:1、利用不同方法(自水解、稀硫酸和绿液)对稻草进行预处理,再利用经典方法从预处理前后的原料中分离出木质素-碳水化合物复合物(LCC)样品,最后利用化学方法和波普手段分析木质素-碳水化合物复合物的化学组分和分子结构在预处理过程中的变化。2、制备并表征木质素-碳水化合物复合物生物传感器,再利用QCM-D实时监测木质素碳水化合物复合物与纤维素酶相互作用,最后通过传感器频率和耗散因子的变化分别计算纤维素酶的吸附质量和吸附层黏弹性(结构)。. 项目的重要结果如下:1、纤维素酶吸附在木质素-碳水化合物复合物的表面,吸附在最初的3min左右达到平衡,2、吸附质量与LCC的木质素含量和键链结构有关。具体的纤维素酶在木质素-碳水化合物复合物的吸附动力学方程如下:∆f=Mmax×(1+47.6745/Mmax×exp(-t/τ)),∆f=Mmax× (1+40.94509/Mmax ×exp(-t/τ))和∆f = Mmax× (1+48.05207/Mmax ×exp(-t/τ))。. 科学意义如下:利用QCM-D观测到木质素-碳水化合物复合物与纤维素酶相互作用,建立了LCC吸附纤维素酶的动力学方程,阐述了LCC与纤维素酶相互作用机理,为优化预处理提高木质纤维原料的酶解效率提供了一定理论基础。
期刊论文列表
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Minimizing inhibitors during pretreatment while maximizing sugar production in enzymatic hydrolysis through a two-stage hydrothermal pretreatment
通过两阶段水热预处理,最大限度地减少预处理过程中的抑制剂,同时最大限度地提高酶水解中的糖产量
DOI:
10.1007/s10570-015-0552-z
发表时间:
2015-01
期刊:
Cellulose
影响因子:
5.7
作者:
[Min Dou-Yong, Xu Rui-sen, Hou Zhe, Lv Jia-qing, Huang Cao-xing, Jin Yong-can, Yong Qiang]
通讯作者:
Yong Qiang
Combination of hydrothermal pretreatment and sodium hydroxide post-treatment applied on wheat straw for enhancing its enzymatic hydrolysis
水热预处理与氢氧化钠后处理相结合增强麦秆酶解作用
DOI:
10.1007/s10570-017-1644-8
发表时间:
2018-02-01
期刊:
CELLULOSE
影响因子:
5.7
作者:
[Min, Douyong, Wei, Lei, Wang, Shuangfei]
通讯作者:
Wang, Shuangfei
Molecular Changes in Corn Stover Lignin Resulting from Pretreatment Chemistry
预处理化学引起的玉米秸秆木质素的分子变化
DOI:
10.15376/biores.12.3.6262-6275
发表时间:
2017-01-01
期刊:
BIORESOURCES
影响因子:
1.5
作者:
[Min, Douyong, Wang, Shuang-fei, Lucia, Lucian]
通讯作者:
Lucia, Lucian
基于碳载局域环境调控的Ge SAC构筑及其催化降解AOX的机理研究
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批准号:32371814
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:闵斗勇
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依托单位:
国内基金
海外基金