云杉甘露聚糖对纤维素酶水解的抑制和调控研究

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在木质纤维材料转化为生物质乙醇的过程中,酶水解的成本过高是当前制约行业发展的重要因素,因此如何提高酶水解的效率,提高葡萄糖得率是生物质乙醇生产的研究热点。本文以针叶材云杉(Picea asperata Mast.)为原料,提取云杉中的半纤维素甘露聚糖进行表征分析,通过真实底物的水解实验,研究了甘露聚糖对商品用二代纤维素酶及其中的重要组成酶组分活性的抑制效果,并探究了化学助剂Tween 80对甘露聚糖抑制各种酶水解的缓解能力,为木质纤维材料的高效水解提供理论基础,本文主要结论如下:1.使用FT-IR、SEM和比表面积测定对醇沉法提取的甘露聚糖进行表征。FI-IR图显示云杉甘露聚糖为含有支链的半乳葡甘露聚糖;SEM图观察到甘露聚糖在低倍下表面较为平整,随放大倍数提高表现出层状结构,高倍下可观察到甘露聚糖的聚合单元呈顶端有圆球的杆形;通过测定比表面积可知,云杉甘露聚糖比表面积较小,孔径孔隙较大。2.云杉甘露聚糖对不同的酶种抑制效果不同,抑制效果与水解时间、水解中酶的使用剂量以及甘露聚糖添加量均有一定关系:甘露聚糖对二代纤维素酶有一定抑制作用,该抑制作用随水解时间延长而降低,随酶剂量提高先升高后降低,随甘露聚糖浓度提高先升高后平缓再升高,抑制率最高可达22.22%;甘露聚糖对β-葡萄糖苷酶没有明显的抑制作用,随着酶剂量的提高和水解时间的延长高浓度的甘露聚糖也不表现抑制;甘露聚糖对内切葡聚糖酶的抑制随水解时间延长先增加后不变,随酶剂量的提高抑制效果逐渐降低,抑制作用随甘露聚糖浓度提高而逐渐增大,最大抑制率可达57.14%;甘露聚糖对外切葡聚糖酶的抑制随水解时间延长出现先减小后增大的趋势,随酶剂量的提高抑制效果逐渐增大但提升不明显,随甘露聚糖浓度提高抑制逐渐增大,最大抑制率可达45.45%。3.化学助剂Tween 80能够在一定程度上降低甘露聚糖对二代纤维素酶活性的影响,该作用随酶剂量提高而提高,抑制率最多可下降8.69%;Tween 80不仅会在低浓度下缓解甘露聚糖对β-葡萄糖苷酶的抑制,还可在高浓度下促进水解,促进率可达28.57%;Tween 80对甘露聚糖抑制内切葡聚糖酶的缓解作用随着化学助剂浓度提高而提高,抑制率最多可下降33.33%;Tween 80对云杉甘露聚糖抑制外切葡聚糖酶的缓解作用随化学助剂的添加量提高而提高,高浓度的Tween能极大程度的降低甘露聚糖对水解的影响,抑制率下降可达31.82%。Tween 80能够缓解甘露聚糖对纤维素酶的抑制是由于化学助剂可以提高酶在水解中的活性和稳定性或减少酶在甘露聚糖影响下的变性失活,且Tween 80对纤维素酶的稳定作用和分散作用强于对甘露聚糖的作用,或甘露聚糖对纤维素酶的吸附依赖于特定位点,分散剂不能有效强化甘露聚糖的抑制作用。
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