假木质素与纤维素酶吸附行为及其抑制纤维素糖化机理研究

Pseudo-lignin, generating from the lignocellulosic biomass pretreated by dilute acid, shows inhibition impact on the enzymatic hydrolysis of lignocellulose. While, the interaction between pseudo-lignin and cellulase and its effect on enzymatic hydrolysis of lignocellulose are still not distinctly stated. Based on the interaction between pseudo-lignin and cellulase, several works including characterization of physicochemical properties and chemical structure of pseudo-lignin from various carbohydrates pretreated by dilute acid, the effects of pseudo-lignin on enzymatic hydrolysis of lignocellulose, dynamically monitoring the adsorption and desorption between pseudo-lignin and cellulase, as well as the analysis of binding force of interaction between pseudo-lignin and cellulase, will be detailedly investigated in this project. Based on the physicochemical and structural informations of lignin, the interaction between pseudo-lignin and cellulase, we figure out the factors in pseudo-lignin that inhibiting the enzymatic hydrolysis, the characteristics, mechanism, and affecting factors for the adsorption between pseudo-lignin and cellulase. As a result, the mechanisms of adsorption behavior between pseudo-lignin and cellulase and its inhibition on enzymatic saccharification will be proposed.

木质纤维原料稀酸预处理过程中产生的假木质素对纤维素酶水解具有抑制作用，但假木质素与纤维素酶的作用机制及其影响纤维素酶水解的机理尚不明确。本项目从假木质素与纤维素酶相互作用角度出发，系统开展不同碳水化合物经稀酸预处理形成的假木质素理化性质及结构特征、假木质素在纤维素糖化中的行为、假木质素对纤维素酶原位、实时的吸附与解吸行为、以及假木质素与纤维素酶两者间大分子吸附的结合力分析等研究。综合假木质素理化性质和化学结构特征、假木质素与纤维素酶相互作用行为，阐明假木质素影响纤维素糖化的关联因子、假木质素吸附纤维素酶行为的特征、机理和影响因素，揭示假木质素对纤维素酶的作用机制以及假木质素抑制纤维素酶水解的机制。

本项目从假木质素与纤维素酶相互作用角度出发，系统开展不同碳水化合物经稀酸预处理形成的假木质素理化性质及结构特征、假木质素在纤维素糖化中的行为、假木质素对纤维素酶原位、实时的吸附与解吸行为、以及假木质素与纤维素酶两者间大分子吸附的结合力分析等研究。.（1）在稀酸预处理过程中发现，随着酸浓度不断提高，回收的竹屑固形物中木质素含量逐 渐提高，推测可能是随着预处理强度增加，碳水化合物的降解产物脱水缩合形成的“假木 质素”所造成。 .（2）木质素对纤维素酶无效吸附和酶活抑制效果强于假木质素；QCM-D 分析结果表明， 木糖基假木质素与纤维素酶吸附作用较弱，木质素对纤维素酶水解抑制作用高于假木质素。.（3） 4-羟基苯甲酸在葡萄糖基假木质素形成过程中主要以取代 5-HMF 及其衍生物或葡萄糖降解形成的芳环类结构来参与假木质素的形成， 而在木糖基假木质素形成过程主要以酯化反应参与假木质素主体结构的形成。.（4）采用不同1,4-二氧六环、 四氢呋喃和乙醇三种有机试剂提取稀酸预处理竹屑（DAP-BR）后提取了表面木质素(SL)，并且从有机溶剂提取出来的DAP-BR中提取出残留木质素MWL。结果表明，表面木质素去除，使得DAP-BR的酶水解得率从36.5% 下降至 18.6%。将所提取的MWL和SL添加到微晶纤维素酶水解中发现，MWL能抑制其酶水解得率，而SL能再一定程度上提高其酶水解得率。通过表面等离子体共振(SPR)技术分析，由于MML具有比SL更大的分子量和疏水性，MWL对纤维素酶的亲和能力（KD = 6.8-24.7 nM）高于SL对纤维素酶的亲和能力（KD = 39.4-52.6 nM）.