白腐菌Pleurotus ostreatus BP3預處理促進麥稈酶解的機制研究.pdf

1、木質纖維素原料的復雜結構是限制纖維質乙醇轉化效率最主要的限制因素。利用白腐菌預處理技術不僅可以顯著降低生物質中的木質素含量，從而降低其酶解抗性，提高生物質利用效率，而且能耗低、環(huán)境友好。但是，白腐菌預處理增效酶解的作用機制還不明晰。本課題以高效預處理菌株Pleurotus ostreatus BP3為研究對象，建立了一種簡單高效的預處理麥稈轉化為乙醇的技術。在此基礎上，利用多種儀器分析的手段來表征預處理過程中麥稈結構的變化，從而揭示白腐

2、菌預處理改性木質素的機制以及促進酶解反應的作用機制。
　　首先，研究發(fā)現向Pleurotus ostreatus BP3預處理麥稈體系中添加Mn2+能顯著提高生物預處理效率：添加0.0025mmol/g的Mn2+進行生物預處理35天后，葡萄糖產量達到342.09mg/g麥稈，乙醇產量達到118.22mg/g麥稈。對不同預處理條件下的麥稈組分變化和葡萄糖轉化率進行相關性分析，發(fā)現了酶解增效不僅與木質素降解相關，也與半纖維素的降解有一

3、定相關性。
　　進一步利用紅外光譜、熱裂解氣質聯用、核磁共振等表征手段對不同預處理條件下的麥稈木質纖維素和木質素及木質素-碳水化合物復合體（LCC）結構進行比較研究。結果表明，白腐菌生物預處理過程中，麥稈木質素發(fā)生脫甲基反應，導致S/G比例下降24.21％；木質素結構單元之間的連鍵（β-O-4，、β-β，、β-5，等）斷裂，一些相對較難降解的C-C連鍵幾乎被完全降解；同時苯環(huán)開環(huán)現象明顯，使得木質素基本骨架破壞，空間網狀結構解體；

4、尤其重要的是阿魏酸作為連接半纖維素和木質素的主要成分，經白腐菌預處理后降低了61.36%，導致LCC結構的破壞。Mn2+的添加進一步促進了上述結構的改變。木質素的降解和結構單元組成比例的改變，以及阿魏酸的降解導致麥稈LCC結構的解體是白腐菌預處理增效酶解的關鍵。
　　最后研究了白腐菌預處理前后及添加Mn2+后，麥稈木質纖維素結晶度、表面微觀結構、孔徑分布及比表面積、麥稈纖維素可及性的變化。結果表明白腐菌預處理導致麥稈中孔數量明顯增

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了3.33倍，Mn2+的添加進一步促進了上述特征的變化。因此，白腐菌預處理通過破壞麥稈表面及內部結構，增大孔隙度和比表面積，極大程度地解除酶解抗性屏障，導致纖維素酶與底物的吸附作用明顯增強，最終增效酶解。
　　本論文揭示了麥稈木質素和LCC的生物降解和改性在增效酶解中的重要性及其作用機制，為發(fā)展生物乙醇提供了理論基礎，對木質纖維素的生物煉制具有