本项目主要研究纤维素酶系各组分协同作用机理、水解过程中酶各组分钝化失活机理和酶系中各组分不同含量(活力)对水解得率和水解产物的影响。提出采用固定化纤维二糖酶辅助水解技术来提高水解单糖得率。研究纤维二糖酶的固定化材料和方法、固定化纤维二糖酶的酶学性质。阐明固定化纤维二糖酶水解机理,建立固定化酶水解动力学。揭示固定化纤维二糖酶的钝化失活机理,建立固定化纤维二糖酶辅助水解技术在纤维素糖化工艺中的技术路线和工艺条件。固定化纤维二糖酶辅助水解技术解决了里氏木霉纤维素酶酶系中纤维二糖酶活力低从而造成水解糖液中纤维二糖积累、水解单糖得率低的问题,同时解决了游离酶水解技术酶不能反复使用、成本高的问题。本项研究可为固定化纤维二糖酶辅助水解技术的工业应用提供理论依据,具有重要的科学意义和工业应用前景。
分离纯化了纤维素酶中内切、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶,研究了各组分的酶学性质、动力学性质和协同水解纤维素的机理及底物对各组分酶的吸附作用,揭示了纤维素酶水解机理及水解液中纤维二糖累积的原因。筛选了高活力纤维素酶生产菌株里氏木霉NL02,通过特定诱导物和代谢调控分别使酶活力提高40%和30%。确定了黑曲霉液体和固定发酵制备β-葡萄糖苷酶的培养基和培养条件,酶活力分别达19.12IU/ml和225.43IU/g干曲。从黑曲霉粗酶液中分离了电泳纯β-葡萄糖苷酶,并研究其酶学性质、动力学性质。建立了以壳聚糖为载体交联吸附法固定β-葡萄糖苷酶的方法,研究了固定化酶的酶学性质、动力学性质、稳定性和寿命,固定化酶活力和酶活回收率分别为44.72 IU/g绝干壳聚糖微球和85.96 %,操作半衰期为31d。建立了基于添加游离β-葡萄糖苷酶和基于固定化β-葡萄糖苷酶的纤维素辅助水解技术,使水解液中纤维二糖浓度分别从6.35和9.13g/L降低到1.12和1.52g/L,可发酵性糖比例分别从80.53和79.86%提高到97.44和96.65%。研究成果对于降低木质纤维原料生产燃料乙醇成本有重要意义。