1. 研究目的与意义
纤维素是由葡萄糖分子组成的大分子多糖,不溶于水及一般有机溶剂。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖,占植物界碳含量的50%以上,是地球上最古老、最丰富的天然高分子,是取之不尽用之不竭的,人类最宝贵的天然可再生资源。
通过对纤维素的各组分化学以及物理结构、性质的深入研究,通过纤维素酶对不同结晶结构的纤维素的酶解作用,获得单糖从而转换成生物乙醇以及其它的可用于替代石油等不可再生资源的化工产品,以求在保护环境,节约现有的资源,开发新能源等方面得到新的研究进展。
在研究纤维素酶解的过程中,我们应当注意到,纤维素存在着不同的结晶结构,其中纤维素Ⅰ是天然纤维素的结晶结构,通过各种处理可以转化成其它的结晶结构,其中最主要的是纤维素Ⅱ。纤维素Ⅱ比纤维素Ⅰ稳定,因此纤维素Ⅰ很容易转变成纤维素Ⅱ,但纤维素Ⅱ只能在特殊条件下才能回复成纤维素Ⅱ。
2. 国内外研究现状分析
纤维素生产乙醇及其他化工产品的关键是纤维素水解为葡萄糖,即纤维素的糖化过程。目前,对纤维素的糖化过程研究较多的是酸水解法和酶水解法。其中用纤维素酶来水解纤维素在常温常压条件下就可以进行。但是由于天然纤维素的结晶状、不溶性的刚性结构以及纤维素酶对纤维素的降解机制研究尚不清楚,使目前纤维素酶对天然纤维素降解效率较低,从而使纤维素酶讲解纤维素的工业化应用无法实现规模化。
当今对纤维素酶解纤维素的研究有很多的报道,但由于纤维素的酶解效率较低,只是纤维素酶解生成单糖的利用成本高,难以实现规模产业化。因此进一步探索提高纤维素酶活性,以及深入研究纤维素酶降解纤维素的作用机理,以提高纤维素酶降解纤维素的效率是有效利用丰富的可再生资源来代替能源紧缺的重点工作和研究的方向所在。
在对纤维素酶的研究进程中,纤维素酶的常用分离方法,不论是传统方法还是新方法都各有所长,单一的纯化方法并不能将纤维素酶中各组分分离出来,应根据各方法的优缺点,同时根据实验对象的需求设计经济合理的组合。在奋力的过程中尽量避免酶活性的损失,提高酶回收率。近年来,随着分离纯化技术的发展以及新的生物分离技术的不断出现,为纤维素酶的分离纯化提供了很多新的方法和途径。但是在具体应用中依然存在很多问题,如成本高、产量低、难以实现工业化等。这些将是今后纤维素酶分离纯化研究者所面临的亟待解决的问题。
3. 研究的基本内容与计划
2013年2月至3月初 查找资料,阅读相关文献,撰写开题报告,完成文献综述初稿。
2013年3月 准备实验,进行纤维素酶分离纯化实验。
2013年4月 进行不同结晶结构的纤维素底物的酶解性能研究实验,记录相关数据,进行分析讨论及初步结果。
4. 研究创新点
分析不同结晶结构的纤维素,研究纤维素酶对不同结晶结构的纤维素的作用机理,提高纤维素酶对木质纤维素的水解效率,提升产量。将纤维素酶的不同分离纯化方法合理结合,降低成本,提高分离量,进而提高纤维素酶纯度及稳定性。
