碱预处理液木质素磺化改性及其对酶水解的作用开题报告

1. 研究目的与意义

本研究旨在阐明水溶性木质素与纤维素酶之间的相互关系及其对酶水解的影响。已有大量文献报道酶水解底物中的木质素与酶水解的关系，认为底物木质素通过三种可能的机制对酶水解产生不利的影响，部分研究还通过在酶水解体系中添加木质素证明这种抑制作用。但所添加的木质素基本上为不溶于酶水解体系的分离木质素，鲜有文献报道水溶性木质素在木质纤维原料酶水解中的行为与作用。前期研究工作显示，酶水解体系中的水溶性木质素与纤维素酶存在相互作用并对底物酶水解产生重要影响，这种影响的大小与底物中的木质素有关。本研究将基于前人的工作深入探讨水溶性木质素对木质纤维原料酶水解的影响，为木质纤维原料预处理技术的选择和经济高效酶水解助剂的选用提供可靠依据，对减少底物水解转化的酶用量，降低还原糖的转化成本，具有重要的现实意义。

2. 国内外研究现状分析

纤维素酶水解过程是制约木质纤维素高效生物转化的的关键。而大量研究表明，木质纤维复合物中的木质素对纤维素的酶水解具有阻碍作用，且原料脱除木质素后可在较低酶用量下获得较高的酶水解糖转化率。ding等在science上发文认为木质素对纤维素酶水解的阻碍作用体现在三个方面：①存在于碳水化合物表面木质素对纤维素酶的物理阻隔作用；②木质素对纤维素酶的无效（或非生产性）吸附作用；③溶解的木质素或类木质素结构。多数学者认为前两种作用是最重要的，并且这两种作用相互依存。因而有必要从木质素的角度深入探讨其与纤维素酶水解之间的相互作用，为消除木质素对酶水解的阻碍作用提供依据。

wang]等在研究木质素磺酸盐对酶水解影响时，认为水溶性的木质素磺酸盐在水解过程中与纤维素酶形成的木质素-纤维素酶复合物对木质纤维原料的酶水解有促进作用。该现象可以解释为硫酸盐木质素是由酸沉得到的，其中含有少量可溶的低分子量木质素，较不溶部分及底物木质素更易与纤维素酶结合，从而抵消了添加木质素的不利影响。而nakagama等认为其添加分离木质素对酶水解产生抑制作用。究其原因可能是添加的分离木质素不溶于缓冲液，易与纤维素酶发生非生产性吸附，即所起的作用与底物木质素相似。

从以上研究来看木质素性能对酶水解过程有较大影响，木质素并非如传统观点所述对酶水解均产生抑制作用，存在于水解体系中的水溶性木质素在相当程度上对酶水解具有促进作用，其作用机制尚不明确，需要深入探讨。

3. 研究的基本内容与计划

本项目旨在阐明水溶性木质素与纤维素酶之间的相互关系及其对酶水解的影响，拟开展以下方面工作：

（1）麦草碱预处理及酶水解

用不同质量分数naoh对麦秆进行碱预处理，获得不同木质素含量的碱预处理物料以及预处理废液；对一部分碱预处理麦草进行常规酶水解，以获得酶水解残渣。

4. 研究创新点

已有大量文献报道酶水解底物中木质素与酶水解的关系，认为底物木质素通过三种可能的作用机制对酶水解产生不利的影响，部分研究还通过在酶水解体系中添加木质素证明这种抑制作用。但所添加的基本上为不溶于酶水解体系的分离木质素，鲜有文献报道水溶性木质素在木质纤维原料酶水解中的行为与作用。故主要的特色与创新点体现在以下几个方面：

1.本研究在前人研究基础上，系统探讨水溶性木质素对木质纤维原料碳水化合物酶水解以及其对促糖化的影响，这是前人鲜有研究的。

2.本研究将探讨水溶性木质素与纤维素酶的相互作用及其对酶水解过程的影响，并提出一种基于木质素循环利用的麦秆预处理与高效酶水解体系，可为木质纤维原料预处理技术的选择和经济高效酶水解助剂的选用提供可靠依据，同时对减少底物水解转化的酶用量、降低还原糖的转化成本具有重要现实意义。