纤维水解工艺中里氏木霉纤维素酶本征动力学研究开题报告

1. 研究目的与意义

在纤维素酶处理纤维素的过程中。纤维素的组织结构对纤维素酶的水解能力有很大的影响。温度、ph值会导致纤维素酶分子构象发生变化。从而影响纤维素酶的水解能力。同时，在处理过程中，许多化学物质如重金属离子、染料、离子型表面活性剂等都会封闭纤维素酶的活性部位。降低纤维素酶的活性。大多数金属离子^[4],如ca² 、mg² 、k 、zn² 等都是酶的激活剂,可提高酶的活性。^[5]

peg通过结构中的eo单元(即-ch2ch2o-重复单元)盘旋和缠绕在木质素上,通过疏水性基团-ch2ch2-与木质素的疏水性部位如苯环、ch2和ch3之间产生疏水性相互作用,通过醚氧键-o-与溶液中的水形成氢键,在木质素表面形成一层水化层,阻挡纤维素酶在木质素上的无效吸附,使更多的酶能参与酶催化水解纤维素,因此peg能提高生物酶催化木质纤维素过程的原料糖化率。

本论文考察里氏木霉纤维素酶在聚乙二醇自组装前后本征动力学参数的变化。直接在纤维素酶液中添加适量聚乙二醇，测定聚乙二醇自组装酶的催化活力，在反应温度和ph条件下的稳定性，建立酶催化的本征动力学方程，分析表面自组装对酶催化特征常数（表观km和vmax），酶失活常数；利用1h2nmr谱图中酶 及peg 的特征峰面积确定peg分子对酶自组装的程度；利用添加聚乙二醇后纤维素酶红外谱图和差示扫描量热谱图变化确定酶和聚乙二醇作用的主力键型；借助圆二色谱技术分析自组装前后酶空间结构的变化。

2. 国内外研究现状分析

美国、丹麦和日本于20世纪70年代就开始了纤维素酶的生产，国际市场基本上为它们所垄断，丹麦的novo nordisk 和美国的genencor两公司成为世界上最大的纤维素酶生产商和供应商。

上世纪90 年代初黑龙江省海林市万力达集团公司首条年产 2000t 纤维素酶生产线投产，我国成为世界继美国、日本、丹麦之后第四个能生产纤维素酶的国家。但从总体上看， 我国的纤维素酶工业仍处在研究开发阶段，产酶菌种落后，产率低，生产成本高，严重影响和制约了我国纤维素酶工业的发展。我国纤维素酶的生产和消费同世界先进水平相比仍然存在不小的差距，但市场还是存在供不应求的局面。国外对纤维素酶的液态发酵的研究虽然不少，也仍存在生产成本高、产酶活力低的问题。而我国目前对纤维素酶液态深层发酵条件的研究还处在实验室水平，虽然对优化培养基成分和培养条件的研究较多，但对产酶菌种的改良、发酵中的抑制剂和激活剂的研究都很薄弱。

近年来，国内外对纤维素酶的研究日益活跃，极大地促进了纤维素酶的生产和应用。随着分子生物学和遗传工程的迅猛发展，国内外学者已经开始利用基因工程技术来改造和构建了一些高效、具有独特酶学性质和工业化生产应用价值 的纤维素降解菌株，进一步扩大了纤维素酶的应用领域。

3. 研究的基本内容与计划

本论文试图通过对里氏木霉纤维素酶本征动力学的研究，对纤维素酶的性质、催化、以及与PEG相互作用的各种特性有一个更加透彻直观的了解，为以后对里氏木霉纤维素酶的进一步研究提供客观的图文依据。

4. 研究创新点

前期研究发现聚乙二醇应用于纤维素酶催化水解体系可以提高水解得率，促进纤维素酶解吸，利于酶的循环使用，但机理尚不清楚。

通过对纤维素酶本征动力学的研究，为了解这种机理提供进一步的理论依据。