预处理杨木MWL的分离及其酶吸附性能开题报告

1. 研究目的与意义

木质纤维素的水解糖化是一个复杂的异相生物化学过程，而任何一个反应过程，只有在充分了解其作用机制后才能对其进行有效控制和优化。有必要在这方面深入研究以促进整个植物生物质生产燃料乙问题，扩大农民就业，给全世界人民带来良好的经济效益。就我国而言，生物乙醇技术研究也将在国家的鼓励和资助中迅速发展，跟上世界领先水平，从国际能源发展的机遇和科研热潮中获得尽可能多的收获。

纤维素酶从被发现起就受到世界各国生物界的关注当今世界,能源和资源日趋危机,人们都十分期望能借助纤维素酶将地球上最丰富(占全球总生物量80%)、最廉价的可再生资源纤维素转化为能直接利用的能源和资源。现在纤维素酶的应用已扩展到医药、纺织、日用化工、造纸、食品发酵、工业洗涤、烟草、石油开采、废水处理及饲料等各个领域,其应用前景十分广阔。专家预测,针对扮演绿色化学品的纤维素酶的研究开发利用是新世纪的可再生性资源的关键。对于解决工农业原料来源、能源危机、环境污染等问题具有十分重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

为部分解决能源危机，以玉米、麦、甘蔗等农作物为原料生产燃料乙醇在许多国家（如巴西、美国、中国）已实现产业化和商业化。随着能源需求的增加，燃料酒精生产规模逐渐扩大，大量粮食作为原料被消耗，导致粮食短缺，价格暴涨。为避免因能源危机引发粮食危机，更适宜以植物生物质为原料生产燃料酒精。我国也将停止在建的粮食乙醇燃料项目，在不占用耕地、不消耗粮食、不破坏生态环境的原则下，坚持发展非粮燃料乙醇。

植物生物质主要来源于木材、农作物秸秆、林业加工废料和废弃纸品等，其主体成分含木质素、纤维素及半纤维素。由木质纤维素生产燃料酒精满足绿色环保、可持续发展的要求。该过程主要是将纤维素和半纤维素转化为五碳糖及六碳糖后再发酵糖来获得醇。木质纤维素结构特点决定了其乙醇转化须经过预处理，酶解和发酵三个部分。预处理最终目的在于提高酶解效率、原料利用率和总得糖率；酶水解过程涉及更多的是水解机制和生产成本问题；对于酒精发酵，目前备受关注的是通过基因工程选育优发酵菌，实现较高酒精得率。生物酒精生产的技术优化问题要在多长时期内得到决，目前还是一个世界性难题，其关键在于酶的技术和如何降低生产成本，美国提出5年左右解决这一难题，中国目前正处实验研究中，而英国、日本、丹麦、欧盟等，也掀起了一场由植物生物质原料生产燃料乙醇的研究和生产热潮。预计未来10-15 年内将实现该领域的工业化与商业化生产。

3. 研究的基本内容与计划

通过适当的预处理可脱除部分木质素，在增加木质纤维原料表面微孔的同时减少了木质素对酶非生产性吸附，促进了酶水解的进程。本实验拟采用杨木作为实验原料。通过对杨木进行碱预处理，改变原料结构，从而影响后续酶解的效果。在木质纤维原料的酶水解的过程中，木质素结构是影响其酶水解效率的主要因素之一。本实验通过不同温度对预处理后的杨木的mwl进行吸附和解析的研究，评价木质素结构对酶吸附和解析的作用。

第1-2周： 查阅文献与翻译，写文献综述；

讨论并制定实验方案；

提交开题报告；

4. 研究创新点

木质素的生物降解在许多应用领域有着广阔的前景，但由于一些基础研究如木质素的空间结构、每种木质素酶的作用机理以及木质素酶基因结构及其表达调控等尚未完全研究清楚，所以，离实际应用还有一段距离。

本课题采用经过不同预处理的杨木，制备MWL，对不同预处理条件下的杨木木质素结构进行表征，通过对纤维素酶的吸附和解析，评价木质素结构对纤维素酶的吸附的影响，这是本课题的主要特色和创新之处。