白腐菌Pleurotus ostreatus BP3預(yù)處理促進(jìn)麥稈酶解的機(jī)制研究.pdf

1、木質(zhì)纖維素原料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是限制纖維質(zhì)乙醇轉(zhuǎn)化效率最主要的限制因素。利用白腐菌預(yù)處理技術(shù)不僅可以顯著降低生物質(zhì)中的木質(zhì)素含量，從而降低其酶解抗性，提高生物質(zhì)利用效率，而且能耗低、環(huán)境友好。但是，白腐菌預(yù)處理增效酶解的作用機(jī)制還不明晰。本課題以高效預(yù)處理菌株P(guān)leurotus ostreatus BP3為研究對(duì)象，建立了一種簡(jiǎn)單高效的預(yù)處理麥稈轉(zhuǎn)化為乙醇的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，利用多種儀器分析的手段來(lái)表征預(yù)處理過(guò)程中麥稈結(jié)構(gòu)的變化，從而揭示白腐

2、菌預(yù)處理改性木質(zhì)素的機(jī)制以及促進(jìn)酶解反應(yīng)的作用機(jī)制。
　　首先，研究發(fā)現(xiàn)向Pleurotus ostreatus BP3預(yù)處理麥稈體系中添加Mn2+能顯著提高生物預(yù)處理效率：添加0.0025mmol/g的Mn2+進(jìn)行生物預(yù)處理35天后，葡萄糖產(chǎn)量達(dá)到342.09mg/g麥稈，乙醇產(chǎn)量達(dá)到118.22mg/g麥稈。對(duì)不同預(yù)處理?xiàng)l件下的麥稈組分變化和葡萄糖轉(zhuǎn)化率進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)了酶解增效不僅與木質(zhì)素降解相關(guān)，也與半纖維素的降解有一

3、定相關(guān)性。
　　進(jìn)一步利用紅外光譜、熱裂解氣質(zhì)聯(lián)用、核磁共振等表征手段對(duì)不同預(yù)處理?xiàng)l件下的麥稈木質(zhì)纖維素和木質(zhì)素及木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合體（LCC）結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明，白腐菌生物預(yù)處理過(guò)程中，麥稈木質(zhì)素發(fā)生脫甲基反應(yīng)，導(dǎo)致S/G比例下降24.21％；木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元之間的連鍵（β-O-4，、β-β，、β-5，等）斷裂，一些相對(duì)較難降解的C-C連鍵幾乎被完全降解；同時(shí)苯環(huán)開(kāi)環(huán)現(xiàn)象明顯，使得木質(zhì)素基本骨架破壞，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)解體；

4、尤其重要的是阿魏酸作為連接半纖維素和木質(zhì)素的主要成分，經(jīng)白腐菌預(yù)處理后降低了61.36%，導(dǎo)致LCC結(jié)構(gòu)的破壞。Mn2+的添加進(jìn)一步促進(jìn)了上述結(jié)構(gòu)的改變。木質(zhì)素的降解和結(jié)構(gòu)單元組成比例的改變，以及阿魏酸的降解導(dǎo)致麥稈LCC結(jié)構(gòu)的解體是白腐菌預(yù)處理增效酶解的關(guān)鍵。
　　最后研究了白腐菌預(yù)處理前后及添加Mn2+后，麥稈木質(zhì)纖維素結(jié)晶度、表面微觀結(jié)構(gòu)、孔徑分布及比表面積、麥稈纖維素可及性的變化。結(jié)果表明白腐菌預(yù)處理導(dǎo)致麥稈中孔數(shù)量明顯增

5、多，比表面積增大了11.60%，纖維素可及性提高了14.98倍，與纖維素酶的吸附作用增強(qiáng)了3.33倍，Mn2+的添加進(jìn)一步促進(jìn)了上述特征的變化。因此，白腐菌預(yù)處理通過(guò)破壞麥稈表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增大孔隙度和比表面積，極大程度地解除酶解抗性屏障，導(dǎo)致纖維素酶與底物的吸附作用明顯增強(qiáng)，最終增效酶解。
　　本論文揭示了麥稈木質(zhì)素和LCC的生物降解和改性在增效酶解中的重要性及其作用機(jī)制，為發(fā)展生物乙醇提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)木質(zhì)纖維素的生物煉制具有