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酶解过程中木质素溶出规律及其与纤维素酶吸附域(CBM)的单分子作用

批准号:
22078162
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
吴淑芳
依托单位:
学科分类:
生物质转化与轻工制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴淑芳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
木质纤维原料中含有一定量的酸溶木质素,氧化预处理后含量会进一步增加。前期研究发现,这部分小分子酸溶木质素在酶解过程中将自动缓慢溶解至酶解液中,对酶解有促进作用。本项目拟通过改变氧化预处理方法和条件,调控处理后的木质纤维原料中酸溶木质素含量、分子量大小及分布以及活性官能团含量,进而研究酶解过程中可溶木质素的释放规律及其与酶解效率的相关性,建立可溶木质素的结构性质与酶解糖化率的构效关系。此外,以氧化预处理后残留在样品中的酸溶木质素为主要研究对象,利用原子力显微镜的形貌和识别成像技术,结合单分子动态力谱分析,从单分子水平研究酸溶木质素与纤维素酶的吸附域之间相互作用力大小及性质。进而通过原子力显微镜识别成像功能实时原位监测可溶木质素与纤维素酶结合后在木质纤维原料上的吸附和水解行为,揭示可溶木质素促进酶解的机制。研究结果将为木质纤维原料预处理方法和工艺的选择以及酶解技术的改进提供理论指导。
英文摘要
Lignocellulose biomass contains a certain amount of acid-soluble lignin, and the content will be further increased after oxidative pretreatment. Previous studies have found that acid-soluble lignin dissolve into the enzymatic hydrolysate slowly during the enzymatic hydrolysis process, which can promote the enzymatic hydrolysis. This project will regulate the content, molecular weight and distribution of acid-soluble lignin in the pretreated lignocellulose biomass by changing the oxidative pretreatment methods and conditions, and the objective is to establish the relationship between the structure and properties of soluble lignin and the enzymatic efficiency. In addition, the interaction between the acid-soluble lignin and carbohydrate binding module (CBM) will be investigated based on a single molecular level by using atomic force microscopy topography and recognition imaging technology (TREC) combined with single molecular dynamic force spectrum analysis. At the same time, the adsorption and hydrolysis behavior of the “soluble lignin-cellulase complex” on the lignocellulose will be monitored by AFM. The results will provide theoretical guidence for the design of pretreatment methods and processes of lignocellulose biomass and the improvement of enzymatic hydrolysis.
预处理的木质纤维原料中残留的木质素对纤维素的酶解具有抑制作用,限制了其转化。本项目以预处理的木质纤维原料中残余木素为主要研究对象,重点关注其在纤维素酶解过程中的动态行为及其对纤维素酶解的影响,探讨这些残余木质素的性质与其动态行为的相关性。在此基础上,开发了系列木质纤维原料预处理技术,期望实现基于纤维素高效转化的木质纤维原料中主要组分的高效分离和利用。. 研究发现,预处理样品中残余木素在酶解过程中会从底物释放至酶解液中,其释放率与纤维素酶解糖化率具有正相关性,其中酸溶木质素释放率与纤维素糖化率相关性更强。对残余木素的结构、活性官能团、理化性质及其在纤维中存在的位置等分析结果表明,木质素在酶解过程中的释放率与其分子量大小、亲/疏水性能、所带电荷的性质和数量以及酶解体系的pH等有关。木质素的分子量越小、亲水性越强越容易释放;木质素的释放是从分布于纤维表面的部分开始,随着酶解的进行,纤维内部的木质素逐渐暴露于纤维表面并脱落;酶解体系的pH相对较高木素的释放率也越高。此外,对残余木素释放至酶解液中后对底物纤维素酶解的影响发现:残余木素一旦释放至酶解液中,其对酶解的抑制作用大幅度降低,甚至在特定的条件下反而有促进作用。纤维素酶的吸附域(CBM)与不溶性绿液预处理木素(GL)和水溶性磺化木素(SL)均有特异性相互作用,CBM与二者均以多点位结合,其中与SL结合点更多,且作用力比GL大一个数量级。进而,基于木质纤维素高效转化和其它主要组分的高效分离和利用,开发了系列木质纤维原料预处理技术和策略,如稀酸处理木质素阻聚、阻聚联合酸性亚氯酸盐处理、酸或碱催化的1,4-丁二醇处理等预处理技术。. 本研究从预处理残余木素在酶解过程中的动态行为的独特视角探讨木质素对纤维素酶解的影响,并开发了系列木质素纤维原料预处理技术,其意义在于深入解析了木质素与纤维素酶的作用机制和特点,为木质纤维原料的高效转化和利用提供参考。
基于植物纳米纤维作为底物的内切纤维素酶持续作用机制的研究
  • 批准号:
    31470593
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    吴淑芳
  • 依托单位:
国内基金
海外基金