纤维素酶酶解稻壳制备葡萄糖的工艺研究(4)
稻壳隶属于木质纤维原料的一种，内部是以二氧化硅的网络状分布起到骨架的作用，木质素，纤维素和半纤维素填充在网络中。其中40%左右的纤维素，占20%左右的半纤维素（主要为五碳糖聚合物），20%左右的木质素，另外还有少量的粗蛋白、粗脂肪等有机化合物以及一小部分灰分占了20%左右。
1。5 纤维素酶研究概述
自1906年从蜗牛消化道发现纤维素酶以来，陆续报道了细菌、放线菌、丝状真菌等许多微生物中纤维素酶的存在。1954年开始，美军Natick实验室就已研究了军用纤维素材料微生物降解的防护问题，后来发现纤维素经微生物降解后，可产生经济、丰富的生产原料，且有望解决自然界不断产生的固体废物问题，于是纤维素酶得到了广泛的关注[30]。
1。5。1 纤维素酶结构和催化机制
细菌、放线菌和真菌等是自然界中可以产生纤维素酶的微生物。经过大量实验的验证，丝状真菌在微生菌种中是生产纤维素酶的主力军。其中酶活力最为突出的菌种就是木霉属、曲霉属和青霉属了，而这其中作为典型的更是里氏木霉及其近缘菌株了。纤维素酶的组成与合成其的微生物有关，微生物不同，纤维素酶的组成也会相应的产生比较显著的差异，组成不同对纤维素的降解能力也会造成比较大的影响。酶分子糖基化的程度决定了酶的多形性和相对分子质量的差别。
在Pettersson和Bhikhabhai在进行对外切纤维素酶的氨基酸序列研究的时候首次发现了纤维素酶的结构与来自同物种的内切葡聚糖酶相关联的。首先，纤维素酶分子具有相似的一级结构，是由球状的催化结构域、链结区和纤维素结合结构域（CBD）这三个部分组成；其次是纤维素酶的高级结构，生产纤维素酶的方式方法及原料导致了它们具有不同的高级结构。各个纤维素酶分子量差异较大的原因是它们的不同来源及不同组分。纤维素酶具有三个不同的酶活性：可切断纤维素链β-1,4键的内切葡聚糖酶；可移除自由链端的纤维二糖的外切葡聚糖酶（纤维二糖水解酶）；可水解纤维二糖成为葡萄糖单元的β-葡萄糖苷酶。
想要得到燃料乙醇就要先从木质纤维原料中提取葡萄糖，而木质纤维原料组成中的纤维素结构是十分紧密的，化学方法很难将其彻底水解且不破坏葡萄糖的结构，所以经过人们经年累月的研究发现纤维素酶却是能够高效水解纤维素的一种物质。目前我们了解到的是纤维素酶是直接作用于纤维素上的。一开始在内切纤维素酶和外切纤维素酶的协同作用下将纤维素分解成纤维二糖和葡萄糖；之后纤维二糖就会被纤维二糖酶水解出葡萄糖。虽然内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶可以分解水溶性纤维糊精和非晶态纤维素，但是外切纤维素酶是降解晶态纤维素的最佳酶[31-33]。
1。5。2 纤维素酶水解影响因素
纤维素酶是一种复合酶。温度，反应时长，酶用量，pH值，预处理，添加剂等这些外界环境都会对酶的生物活性造成比较大的影响。这些因素影响到纤维素酶水解的效果，从这些影响中来推断总结出原因。为了减少反应前期酶解反应所制得的产物度反应后期酶活性的抑制作用，是以来充分发挥有效酶量的酶解作用，从而提高酶解反应速度。这更是解决了纤维素酶的回收和循环利用。延长酶的寿命，才能提高单位酶的利用率，降低耗酶量，最终建立纤维素酶高效连续糖化工艺。以此便能大幅度降低工艺成，将其变为具有竞争力的工业生产[34]。
（1）预处理
一般的话，纤维素的结晶区很难被破坏和降解，而预处理则会在不同的程度上引起结晶度的下降。因此，在进行纤维素酶水解之前就要将木质纤维原料的结构打破，也就是需要进行预处理，提高得糖率。预处理过后的木质纤维原料中的木质素明显减少，有利于纤维素酶水解的进行，从而达到葡糖糖含量的增加，进一步的提高木质纤维原料的利用率，做到利益最大化。由此可以看出，预处理对于纤维素酶水解的影响是极其重要的，当然不同的预处理方案也会引起对纤维素酶水解影响的大小。经试验的出，纤维素酶解得糖率最高的预处理方法就是稀碱，液氨次之，高温高压和稀酸的得糖率相对较低。综上所述，稀碱是较为有效的预处理方法。但稀碱预处理过程中半纤维素的溶出，造成生物量的损失。而且对环境的污染加重，液氨条件苛刻，实验室不具备这种实验环境，所以本次实验主要采取的是稀酸预处理法[35]。
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