过表达内源Trswo1基因提高里氏木霉纤维素酶对玉米秸秆水解效率的研究

利用β-葡萄糖苷酶的转糖苷活性制备廉价葡萄糖-槐糖混合物(mixture of glucose and sophorose, MGD)作为诱导物被成功用于诱导里氏木霉(Trichoderma reesei)高效合成纤维素酶,但蛋白质组学显示相比于纤维素作为诱导物,膨胀素基因(Trswo1)显著性低表达导致纤维素酶水解效率低。因此利用组成型强启动子丙酮酸脱羧酶1(pyruvate decarboxylase1, PDC1)在T.reesei Rut C30中过表达内源Trswo1基因,2个T.reesei阳性转化子OEswo1-1和OEswo1-2的Trswo1基因转录水平分别提高了4.65倍和3.91倍,虽然T.reesei OEswo1-1和OEswo1-2在MGD诱导下合成的纤维素酶活性、内切纤维素酶活性和外切纤维素酶活性与野生菌酶活性均无显著性差异,但所产纤维素酶对玉米秸秆的水解效率分别提高了6.98%和13.93%。进一步通过X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)和扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)显示水解效率提高主要是由于木质纤维素结晶度的降低,同时纤维结构有不同程度的疏松和崩解。该研究成果对T.reesei利用可溶性诱导物合成纤维素酶系中纤维素降解辅助蛋白含量低的问题具有一定意义。

蒸汽爆破预处理对植物纤维素性质的影响

用研制的植物纤维素连续蒸汽爆破机对植物纤维素原料的预处理进行了研究，利用扫描电镜（ＳＥＭ）、红外光谱（ＩＲ）和Ｘ-射线衍射仪对汽爆处理后物料的形态结构、物理特性及化学组成的变化进行了分析。研究结果表明，汽爆预处理方法对纤维素物料的物理结构及化学组成有一系列的影响，汽爆使物料的粒度变小，Ｘ-射线衍射峰变明显，处理物料红外光谱的某些峰强度减弱，半纤维素变化较大，处理后的物料易于酶解。

植物/微生物源活性蛋白协同纤维素酶水解木质纤维素的研究进展

综述了微生物源活性蛋白(水解酶和酶促因子)和植物源活性蛋白(水解酶和酶促因子)分别应用于木质纤维素-糖平台的研究进展,总结了植物/微生物源活性蛋白协同纤维素酶水解木质纤维素的作用机制,并对由植物/微生物源活性蛋白组合构建经济高效的纤维素酶水解体系进行了展望。

紫苏秸秆纤维素酶水解工艺优化研究

研究了紫苏秸秆酶法水解的最佳工艺条件。采用DNS法测定紫苏秸秆水解液中还原糖的含量,从而确定其酶水解率,对酶解时间﹑酶用量﹑pH3个因素进行单因素实验分析,再通过正交实验对酶解工艺进行优化。实验结果表明:最佳酶解工艺条件为酶解时间24h,pH5.0,纤维素酶用量720U,在此条件下,酶水解率可达72.42%。

丙烯酰氯改性木质素模型物制备丙烯酸单体及聚合活性分析

以木质素模型化合物二氢丁香酚(DH)为原料,利用丙烯酰氯(AC)进行接枝改性制备丙烯酸二氢丁香酚酯(DH-AC)。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、核磁共振氢谱(~1HNMR)和凝胶色谱(GPC)等分析手段研究了丙烯酸二氢丁香酚酯的结构以及聚合活性。FTIR结果表明二氢丁香酚经过丙烯酰氯改性后,3 495 cm^(-1)为酚羟基伸缩振动吸收峰完全消失,在1 762 cm^(-1)处有新的酯基峰生成,同时在1 631和981 cm^(-1)出现C=C的特征吸收峰,表明丙烯酸酯官能团已成功接枝到二氢丁香酚上。~1H-NMR分析结果显示DH-AC在δ=5.6的酚羟基质子峰完全消失,同时在δ=6.0,6.4和6.7出现了三个不同的质子峰,这主要是由于乙烯基—CH=CH_2结构的引入,该结果进一步证明目标产物丙烯酸二氢丁香酚酯结构的正确性。GC-MS结果表明目标产物丙烯酸二氢丁香酚酯的纯度为98.63%。GPC结果显示DH-AC在偶氮二异丁氰(AIBN)作为引发剂的存在下,DH-AC可以发生聚合反应,均聚物相对分子质量结果为:Mw(37400),Mn(23400),Mw/Mn=1.60,表明丙烯酸二氢丁香酚酯单体具有高的聚合活性。丙烯酸二氢丁香酚酯(DH-AC)的制备和性能研究为开发新型木质素基高分子材料奠定了理论基础。

固化温度对液化竹基酚醛泡沫塑料热稳定性影响

以竹材液化物为原料,以氢氧化钠为催化剂,制备成热固性液化竹基酚醛树脂(PBF)。通过对PBF的合成,对其物理化学特性及液化竹基酚醛树脂泡沫塑料(PBFM)的热稳定性进行了研究。凝胶色谱分析表明,PBF树脂的重均分子量(M w)和分散度(M w/M n)都高于常规酚醛树脂(PF)。PBFM的密度和压缩强度都高于常规PF泡沫。通过对PBFM在不同固化温度条件下的热降解性能的研究发现,当固化温度从100℃升高到140℃时,泡沫体的失重率从45.31%降低到29.09%,热降解表观活化能从22.82 kJ/mol提高到31.03 kJ/mol,这说明适当地提高PBFM固化温度可以提高其耐热性。

酶水解小麦秸秆纤维素研究

对小麦秸秆纤维素的生物降解进行了探索。考察了酶的用量、底物浓度、pH值及其在线控制、反应时间诸因素对酶解反应的影响。实验结果表明最适宜反应条件为:酶/小麦秸秆=0 04、秸秆浓度为5%、反应时间3天、在线控制pH值4 8,在此条件下,酶解率可达60 4%。

杨木粉酶水解工艺条件的研究

研究了杨木粉酶水解的工艺条件。实验结果表明丙酸处理杨木粉的最优条件为: 900g/L的丙酸, 3g/L的盐酸, 121℃蒸解 90min;处理过的杨木粉用纤维素酶水解,酶解温度 50℃、底物浓度 50g/L、每 100g底物加酶 1. 00mL、水解时间 72h,葡萄糖浓度可达 22. 5g/L。

兴安落叶松温水提取液生产单细胞蛋白的研究

对兴安落叶松温水提取液的水解及其用于生产单细胞蛋白的可能性进行了研究。未经水解的提取液主要含有阿拉伯-半乳聚糖,难以被试验菌种利用;水解后添加必要的氮、磷等营养物质,被试菌种可利用其中的单糖生产单细胞蛋白。拟青霉能利用阿拉伯糖、半乳糖等多种糖类,菌体产率最高,占总糖的51.9％;热带假丝酵母、产朊假丝酵母部分或完全不能利用占总糖20％的阿拉伯糖,菌体产率分别为40.98％和36.00％。商品半纤维素酶对阿拉伯-半乳聚糖的降解活性不高,但自制的粗酶能较好地水解阿拉伯-半乳聚糖,水解率可达71.85％。

桦木硫酸盐木素的改性及树脂的合成研究

本文对桦木硫酸盐木素的改性及其在酚醛树脂中的应用进行了研究,结果发现,利用单因素法对木素硫改性进行分析时,其最佳条件为:硫用量5%,碱用量4%,最高温度260℃,保温时间15min.改性后木素甲氧基含量由原来的18.81%变为11.84%.利用改性及未改性木素取代苯酚合成木素酚醛树脂时,当两种木素分别取代60%的苯酚,使用桦木为单板时.其胶合强度虽然低于同样条件下酚醛树脂的胶合强度,但仍能达到国标要求、并且游离酚含量下降.另外,改性木素酚醛树脂胶合强度高于未改性木素酚醛树脂的强度,若再对改性木素合成本素酚醛树脂的条件进行优化,改性本素还有希望取代更大比例的苯酚.

聚氨酯/壳聚糖互穿聚合物网络涂层再生纤维素膜的生物降解性

研究了聚氨酯 /壳聚糖互穿聚合物网络涂层的再生纤维素防水膜在土壤中的生物降解性。粘度法和降解失重实验结果表明纤维素的粘均分子量Mη 和降解膜的重量随降解时间的延长而降低 ,再生纤维素膜(RC)和涂层膜 (RCCH)在土壤中 30℃下的降解半衰期分别为 1 9天和 32天。扫描电镜 (SEM)、示差扫描量热法 (DSC)和红外光谱 (IR)实验结果证明在土壤中微生物直接进攻防水涂层表面 ,然后进入纤维素并迅速代谢。涂层中的聚氨酯和壳聚糖被微生物缓慢分解成芳香醚和单糖衍生物 。

针叶木硫酸盐浆中残留木素的GIF体系仿酶降解机理的研究

由于针叶木硫酸盐浆中的残留木素含有大量难降解的LCC结构及其它缩合型木素结构,所以硫酸盐浆的分离木素可以用作难降解型木素大分子的一种结构模型。文章采用Cu2+/吡啶/过氧化氢组成的GIF仿酶体系对马尾松硫酸盐未漂浆的纤维素酶酶解木素(CEL)进行了仿酶降解,并对降解产物进行了分离和化学组成分析。通过FT-IR以及GC-MS测定,解析了CEL在降解过程中的结构变化,并对CEL的仿酶降解机理进行了探讨。研究结果表明:这种仿酶降解方法对浆中残留木素有较强的降解能力,一部分木素大分子被氧化降解为香草醛和香草酸等低分子化合物,使得降解后的产物中羰基和羟基增多。研究发现木素在仿酶体系中存在苯环及其侧链上C-H键的破坏、木素结构中Ca-Cb连接键的断裂、苯环的开环等反应。因此,该项研究可以为开发纸浆的仿酶漂白技术提供理论依据。

不同云芝菌株腐朽杨木过程的扫描电镜研究

本文应用扫描电镜观察研究了白腐菌云艺（Coriolusvericolor）三个菌株腐朽杨木的过程，对试材的显微形态变化以及各菌株的降解特性进行了详细描述和探讨．实验结果表明，三个菌株降解木材的性能和方式存在着差异。NFU008对木质素和纤维素均具有很强的降解能力，它在腐朽早期优先降解胞间层中的木质素并能使纤维解离，在腐朽后期，它对纤维素产生强烈降解。NFU006对木质素和纤维素的降解是同时进行的，但对纤维次生壁中木质素的降解率明显高于对纤维素的降解率。NFU019降解木质素的能力相对较弱，但对纤维素的降解能力却很强，早期它以降解出生壁的木质素为主，而在腐朽后期它对纤维素产生剧烈降解。三个菌株最终均造成纤维细胞壁不同程度的减薄和破坏。

漆酶改善分离木素和OCC纸浆特性的研究

应用漆酶处理纤维素酶分离酶解木素和OCC(Old corrugated containers)纸浆,结果表明:木素在漆酶处理过程中会发生降解,经漆酶处理后再经加热处理会使木素发生聚合,木素降解主要发生在高分子量木素部分,而聚合作用主要发生在低分子量木素之间;木素经漆酶处理后,酚羟基的含量略有增加,这是由于在漆酶处理木素的过程中,木素不但发生酚氧自由基的离域现象,而且还有高分子量的木素发生降解产生了新的酚羟基;经不同用量的漆酶处理的OCC纸浆手抄片的湿环压指数和湿抗指数与对照样相比均有明显提高,特别是漆酶用量为24 U/g时,湿环压指数达到4.1 N.m/g,提高了41%。经不同用量的漆酶处理的OCC纸浆干环压强度和干抗张强度与对照样相比略有提高,但提高的幅度不大。

基于遗传算法的木糖醇发酵培养基优化研究

运用遗传算法 ,对利用莫格假丝酵母由木糖生产木糖醇的发酵培养基优化进行研究。用 40个实验样本完成了 6种培养基成份、50个浓度水平的优化任务。实验结果表明 :利用遗传算法可优化培养基成份含量 ,取得更好的发酵效果。按照优化后的培养基组成 ,由 50 g/L木糖获得了 2 9.7g/L木糖醇 ,比优化前提高5.7%。

漆酶-助剂体系催化氧化具有α-苄基氢的木素模型物

研究了漆酶—助剂体系催化氧化具有等基氢不同结构的木索非酚型和酚型模型化合物，结果表明非酚型具有苄醇结构的木素模型化合物能发生α位脱氢氧化，但此氧化反应是有限度的，氧化的结果主要生成芳香醛，没有发现进一步被氧化成芳香酸。而具有Cα和Cβ双键的化合物，α位的氢却很稳定，不能被氧化。酚型的本素模型化合物在漆酶的催化反应体系中发生聚合。

电解水预处理对玉米秸秆和柳枝稷酶解产糖的研究

预处理是利用生物质原料制备燃料乙醇的工艺过程中至关重要的一步。以电解水为介质对玉米秸秆和柳枝稷进行预处理,考察了不同预处理条件对这两种生物质酶催化水解性能的影响。玉米秸秆预处理试验条件为:165、180和195℃;10、20和30 min。柳枝稷预处理试验条件为:170、185和200℃;5、15和25 min。结果表明,电解水预处理法针对不同的生物质有较好的处理效果,在玉米秸秆和柳枝稷的试验中,分别获得了83%和67%的纤维素转化率。同时,电解水预处理过程中,木糖只有在较高温度(195℃和200℃)时,才发生明显的降解。HPLC检测表明预处理过程中生成的发酵抑制物较少。

木质纤维原料组分分离的研究

从木质纤维原料预处理对微生物转化的必要性和回收利用半纤维素、木质素意义两个方面分析了木质纤维原料组分分离的必要性。木质纤维原料组分分离意味着木质纤维原料的精制,不是把木质纤维原料仅作为纤维素单一资源看待,而是把它视为一种多组分物料,将木质纤维原料精制成为具有一定纯度的各种组分,并分别加工成有价值的产品,这也是生物量全利用对于木质纤维原料预处理提出的新要求,赋予新的哲理思想。根据生物量全利用的要求,提出了木质纤维原料组分分离技术的新定性评价标准。根据利用汽爆和乙醇萃取法联合对麦草组分分离的研究结果,可提出一条经济可行的麦草组分分离的工艺过程,半纤维素和木质素回收率分别达到了80%和75%,纤维素酶解率达90%以上。

稻草木素生物降解的研究

介绍了我们最近对稻草木素生物降解研究进展。通过诱变选育分离出高降解木素的优良菌株,10天内脱木素率高达59%,明显地缩短了生物作用周期;利用电子显微镜技术,详细揭示白腐菌生物降解草类植物的微观过程和稻草组织内部以及纤维细胞壁的微观结构的变化,同时,发现所选育的菌种具有:(1)优先降解纤维胞间层,致使纤维能保持完整地分离;(2)没有发生纤维细胞壁变薄破坏的现象;(3)生物作用初期就能分解除去不利于造纸的薄壁细胞;(4)能选择性降解纤维次生壁上的木素,微细纤维结构不被破坏而裸露出来等非常可贵的优良特性。这些特性十分有利于生物制浆造纸。系统分析和研究了生物脱木素过程及一些重要生理条件对脱木素的影响规律。发现生物脱木素过程可分为三个阶段。不同阶段生理条件对脱木素的影响不同。通氧培养、添加营养氮源或碳源及控制底物的湿含量能促进生物脱木素作用。为了解稻草木素生物降解规律,利用核磁共振技术定量及定性分析比较生物作用前后木素的结构特征。结果表明木素大分子的生物降解主要是氧化反应,在菌的作用下,木素结构中 C_γ被氧化、C_α—C_β键、C_β—C_γ,键以及芳香环被氧化断裂。其降解顺序为:以酯键连结的对香豆酸为主体的对羟苯基单元,愈疮木基单元和紫丁香基单元。菌优先作用于纤维细胞间层的结论与电子显微镜观察结果一致。上述特征和规律显示白腐菌 P.conchatus 对发展草类生物制浆及其他脱木素工艺均具有巨大潜在应用优势。

白腐菌Panus conchatus降解稻草木素机理研究──(二)木素降解产物高分子部分的结构特征

用定量(13)C－NMR技术研究了稻草经白腐菌Panusconchatus降解后木素的高分子部分的结构特征变化。与未经生物作用的木素相比较，发现发酵稻草木素的13C－NMR谱图出现新的吸收峰以及某些吸收峰的强度有明显变化。这些变化证实了在生物作用过程木素大分子中形成了醌类以及α-羟基酸的结构，这些类型的结构特别有利于木素进一步降解。并同时证实木素生物降解过程中发生β-O－4；Cα-Cβ及Cβ-Cγ键的断裂及Cγ的氧化。定量分析结果表明，经生物降解后木素大分子的甲氧基和羧基含量增加，愈疮木基和对羟基苯基结构单元优先降解，推断出此白腐菌对稻草的作用首先进攻纤维胞间层，其结果与电子显微镜所得的结果相一致。分析结果同时表明，生物降解优先发生于木索非缩聚结构单元。