木质纤维素的生物分解及其转化技术.ppt

在内切酶与外切酶作用于纤维素的次序方面一直存在争议：一种观点认为EG先从纤维素分子内部随机分解纤维素分子的β-1,4-糖苷键，产生非还原性末端后，CBH结合上去，从非还原性端水解产生纤维二糖，纤维二糖再被CB降解成葡萄糖。另一种观点认为首先是由外切型葡聚糖酶水解水溶性纤维素，生成可溶性的纤维糊精和纤维二糖，然后由内切型葡聚糖作用于纤维糊精，生产纤维二糖，再由CB组分将纤维二糖分解成2个葡萄糖。第37页,共59页，星期六，2024年，5月第38页,共59页，星期六，2024年，5月Moloney还认为纤维素酶的协同作用一般与酶解低温的结晶度成正比，并且不同菌源的内切酶和外切酶之间也具有协同性。纤维素酶降解纤维素的最初阶段有纤维素脱纤化和分散化的现象，这种作用是沿着纤维素的经度轴方向分层形成更薄细的亚纤维引起的。第39页,共59页，星期六，2024年，5月2、纤维素酶水解的产物抑制纤维分解菌类只有生长在纤维性基质上时才能大量合成纤维素酶。槐糖、龙胆二糖、山梨糖等二糖，是纤维素酶合成的诱导物。纤维二糖在较低浓度可诱导外切纤维素酶的合成，在较高的浓度下对纤维素酶的合成产生阻遏作用。葡萄糖对纤维素酶的合成具阻遏作用。第40页,共59页，星期六，2024年，5月3、纤维素酶的氧化降解纤维素酶解的限速步骤是结晶纤维素分子难以进入纤维素酶的活性位点，纤维素结晶区结构的破坏是天然纤维素降解的关键。降解基质是在研究褐腐菌降解木材时发现的。第41页,共59页，星期六，2024年，5月4、纤维二糖脱氢酶途径Eriksson发现纤维素的生物降解有氧化酶的参与，随后纤维二糖脱氢酶在白腐菌、褐腐菌、软腐菌中都有发现。CDH可以氧化纤维二糖形成纤维二糖内酯，解除纤维二糖对纤维素酶的反馈抑制。第42页,共59页，星期六，2024年，5月5、真菌的纤维素降解模式纤维素的酶解是纤维素聚合物分子链的解聚过程以及糖苷键的水解过程。前者为纤维素酶分子对纤维素表面的吸附，致使分子链间氢键断裂和基原纤维的分离，纤维素的结构改变。后一过程水解基原纤维的糖苷键，使其断裂，形成可溶性糖类，对解链也有协同促进作用。第43页,共59页，星期六，2024年，5月（四）细菌纤维素酶的特性细菌纤维素酶不同于真菌纤维素酶。多数的具有纤维素分解能力的细菌胞外都会形成一个多酶复合体系。多酶复合体系利用多个不同类型的整合蛋白将内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、甚至木聚糖酶等半纤维素水解酶类整合到一起，链接在细胞表面。第44页,共59页，星期六，2024年，5月第45页,共59页，星期六，2024年，5月第46页,共59页，星期六，2024年，5月三、纤维素的酶解、糖化技术现状目前，用于生产纤维素酶的微生物大多属于真菌。第47页,共59页，星期六，2024年，5月四、酶的混合增效及混合酶的应用自然界中不仅微生物之间存在协同效应，当多酶进行混合时同样存在协同效应，并且已证明很多多酶混合系统显著提高了整体的分解功能，已在商品纤维素酶中应用。第48页,共59页，星期六，2024年，5月第四节微生物复合系及纤维素快速分解目前，人们已开发出多种针对木质纤维素物质能源转化的技术，其主要途径是对木质纤维素物质进行糖化，然后利用生物方法将糖化产物转化为能源物质或化工原料。在秸秆的生物分解领域，目前已发现利用菌群可获得相对较好的快速分解效果。第49页,共59页，星期六，2024年，5月一、纤维素分解微生物复合系及纤维素快速分解（一）多菌协作促进秸秆快速分解的原理纤维素分解菌复合系通常由多种不同种属的微生物构成，其内既有纤维素分解菌株也有非纤维素分解菌株。第50页,共59页，星期六，2024年，5月纤维素分解菌株分解木质纤维素的能力和菌种间的协同作用决定复合系对秸秆纤维素的分解能力。非纤维素分解菌株的存在，不仅能够向一些纤维素分解菌株提供良好的生长环境，而且在菌株代谢的作用下，能够消除一些纤维素分解菌株的生长抑制物质，或者产生促进纤维素分解菌株分解纤维素能力或生物量的物质。此外，纤维素分解菌复合系内构成菌株的多样性，使复合系能够保持良好的菌群结构稳定性。第51页,共59页，星期六，2024年，5月（二）MC1的构建及纤维素快速分解MC1是秸秆纤维素分解菌复合系的典型代表。MC1的构建过程为：以处于高温发酵期的堆肥样品为菌源，用PCS培养基，在50℃下长期定向驯化培养，驯化过程中始终以高温为限制培养条件，以纤维素分解作为筛选指标，保留高分解力培养体系，淘汰弱分解力培养物，经过多世代的培养而获得菌系结构稳定、纤维素分解能力强的培养物。第52页,共59页，星期六，2024年，5月第53页,共59