植物秸秆酶降解生产葡萄糖的最优化条件研究

摘要

在科技不断发展，生活水平不断提高的今天，人们面临着日益严峻的粮食和环境问题。仅靠有限的耕地，将难以满足增长的人口需要。世界各国已纷纷展开新能源的研究与开发。而纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。纤维素可以降解生成葡萄糖，它能够为人类提供能量；葡萄糖还可以生产乙醇、甲醇等重要原料；另外，酶法降解纤维素条件温和，无污染。目前，许多国家已展开对纤维素利用的研究。我国是一个农业大国，纤维素资源丰富，但长期以来，一直未被充分利用，大部分被焚烧掉了，这不仅造成能源的浪费，而且也带来了环境的污染。因此，纤维素资源酶法水解的研究在我国有着重要的现实意义和广阔的应用前景。 本文用瑞典产2277-热活性检测仪测出反应过程的热功率—时间曲线，求得反应的热效应值。按照热动力学理论求得反应过程的相关参数，从而得出了一些重要结论。 主要研究内容如下： 1.底物对纤维素酶降解反应的影响利用微量量热仪，分别以小麦、玉米、花生、大豆等植物秸秆为底物，进行纤维素酶降解反应的实验，得到热效应值(Qmax)。用热动力学理论求得米氏常数(Km)，比较得出不同底物由于成分组成不同，酶解反应存在较大差异，其中以玉米秸秆的酶解效率最高。 2.小麦秸秆最佳预处理条件的研究利用微量量热仪，分别以经过不同预处理的小麦秸秆(包括粉碎、球磨、酸处理和碱处理)为底物进行测定，得到热效应值(Qmax)。用热动力学理论求得米氏常数(Km)，并进行比较分析得4％氢氧化钠处理的小麦秸秆酶解效果最好。 3.小麦秸秆酶降解反应最佳条件的选择用微量量热仪测出纤维素酶降解预处理后的小麦秸秆粉在不同浓度、不同酸度和不同温度条件下反应的热效应值(Qmax)。用热动力学理论求得米氏常数(Km)，从而获得了纤维素酶降解小麦秸秆粉的最佳反应条件为：C底物=6g/L，T=328K，pH=5.0。 4.阴、阳离子对纤维素酶活力的影响用微量量热仪测出纤维素酶降解小麦秸秆在无外加离子以及相同和不同浓度的阴、阳离子存在时热效应值(Qmax)。求得米氏常数(Km)，通过比较得出同一离子在不同浓度时对纤维素酶降解小麦秸秆这一过程抑制与激活作用的强弱以及不同离子的抑制与激活作用的强弱。得到了可激活纤维素酶的金属离子(Cu2+)以及其激活作用随浓度的变化趋势(0～20mmol/L浓度范围内，激活作用随着浓度的增大而增大)；而部分无机阴离子如SO32-、Cl-、PO43-也存在明显的激活作用，SO42-则抑制作用明显。 5.产物分析用斐林反应、薄层层析法和DNS法对纤维素酶降解植物秸秆的产物分别进行了定性和定量的分析，通过计算得出了在最佳实验条件下，纤维素酶降解小麦秸秆生产葡萄糖的产率为30.77％。 本文创新之处：本课题运用微量量热仪这种先进的测量仪器，精确、连续的检测到在酶解的整个过程中，伴随着的能量变化(即热效应)，了解整个酶解过程，可以得到许多丰富的信息，这是一种研究酶催化反应的新方法。该法对反应体系的溶剂性质、光谱性质、电化学性质等没有任何限制，在测定中不需要添加任何试剂，热量测定完毕之后，并没有破坏研究体系，而且不仅能提供热力学数据，还可以提供动力学信息，因此比其他方法更方便更可靠。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

第二章植物秸秆酶降解生产葡萄糖最优化条件的研究

Ⅰ基本理论基础

Ⅱ实验部分

Ⅲ结果与讨论

3.1底物对纤维素酶降解反应的影响

3.2小麦秸秆最佳预处理条件的研究

3.3小麦秸秆酶降解反应最佳条件的选择

3.4阴、阳离子对纤维素酶活力的影响

Ⅳ产物分析

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢