木质素和酶在纤维素酶水解中的相互作用[1]
摘要：目前生物乙醇的生产具有高成本、低效率的缺点，难以进行大规模的生产，也一直受到广大科研人员的关注。利用木质纤维原料生产生物乙醇的过程中最重要的一步是利用纤维素酶将纤维素水解成可发酵的单糖。然而在实际生产过程中，纤维素酶水解受到底物、纤维素酶和酶水解条件等多方面因素的影响。木质素在木质纤维原料中含量高，结构复杂，同时也具有一定的利用价值，了解木质素和纤维素酶在酶水解过程中的相互作用机理，有助于寻找提高木质纤维原料利用效率的方法，进而有效缓解当前能源和资源短缺等问题。本文综述了木质素和酶在纤维素酶水解中的影响的研究进展，主要表现在：1）依靠其复杂的结构和反应性能通过物理阻隔和各种反应导致的无效吸附来阻碍酶水解的进行；2）通过调节反应条件、官能团改性、添加木质素基表面活性剂等方式降低无效吸附，促进酶水解，提高糖转化率。
关键词：纤维素；酶水解；木质素；生物乙醇
The interaction between lignin and enzymes in cellulosic hydrolysis
Abstract：At present, the production of bioethanol has the disadvantages of high cost and low efficiency, which makes it difficult to carry out large-scale production. The key step of lignocellulosic conversion is to use cellulase to hydrolyze lignocellulosic into fermentable monosaccharides. In the actual production process, cellulase hydrolysis is affected by many factors such as substrate, cellulase and enzymatic hydrolysis conditions. The existence of substrate lignin is one of the main reasons affecting the efficiency of lignocellulosic enzymatic hydrolysis. Understanding the interaction mechanism between lignin and cellulase in the enzymatic hydrolysis process is helpful to find ways to improve the utilization efficiency of raw materials of lignocellulosic fibers, thus effectively alleviating the current energy and resource shortage and other problems. This paper reviewed the research progress on the influence of lignin and enzymes on cellulase hydrolysis, mainly including: 1) the complex structure and reaction performance of lignin can hinder the hydrolysis of enzymes through physical barriers and ineffective adsorption caused by various reactions; 2) by adjusting reaction conditions, modifying functional groups, adding lignin-based surfactants and other means to reduce ineffective adsorption, promote enzymatic hydrolysis, and improve sugar conversion.
Keywords：Cellulose; Enzyme hydrolysis; Lignin; Bioethanol
随着经济与科技的快速发展，资源短缺与环境污染问题逐渐被人们所重视，开发和利用清洁能源成为了当下科学研究的重点，也是各国实现可持续发展目标的关键步骤。生物乙醇是以生物质为原料，通过预处理、酶水解、糖发酵、浓缩等工段制成[1]，被认为是最有应用前景的生物燃料之一，能够有效缓解化石能源压力和环境污染问题。生物乙醇生产的关键是纤维素的酶水解，由于木质纤维原料的结构和成分十分复杂，纤维素酶体系也难以精确掌控，导致生物乙醇的生产过程中酶水解速率慢、糖化效率低，工业化进程遇到了瓶颈性难题[2]。影响酶水解效率的主要因素是底物木质素与纤维素水解酶之间存在的一系列相互作用，包括物理阻隔、无效吸附等。近年来一些研究发现，在特定情况下木质素以及木质素衍生物的存在对于纤维素酶水解具有促进作用。通过对这些相互作用进行研究，采用改变预处理手段、脱除部分木质素、改变木质素性质、调节酶种类和用量等方法，可对酶水解效率进一步提升。本文综述了木质素和酶在纤维素水解过程中相互作用的最新研究进展，以木质素为切入点，寻求可以提升酶水解效率的有效方法。
1.木质纤维原料
木质纤维原料主要来源于能源作物以及农林业生产废弃物等，主要由纤维素、半纤维素和少量木质素组成[3]，这些组成成分在不同原料中的含量也有较大差别。
