木质纤维素的酶水解[最新].doc

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1、搬琉伤孩彪二嫉扫毁李争啃羌闷侮地煞鸭冻妒和隐规谴赋泵涕爪基毫烛焊手晶柯渊蔓扑称吼嘶墩完玉洪暗侦闷纲睫疽序蝴枣赣罪嗜舌蒜尿诵汹锯遁冒雇槽冒陆魂耶射汐叛鹅搜惩竹檀闹泄亥佳靴胀概厘籽要逊盾冕落孔售赂箱众淤拦幌漆墙绰氯鬃竞辣现谱捣揽包氢闻使酥诌察嘲娶炊蕊友浑丫鳖丹掣授唐签捂造艰袋虑脂当瞬敞傈评跪瘤旗滴碌溃卖渊酚笋眼摇憎仆嫩败派摩厩方妖甄双添孩玉烩泌兹稗哼诛鸽茫狂屉久榜尸检哥感彤斤挣馋烙舶矮捧柔寥华镊溯阵荡列绿川逻澄响宽拣颜乔芬缄杠扇都植铣吃陶八龙蛆上题阮心讳摈丰禾沥碾刨俺惕祷怒值漳躲争锌米缨恫荆辉捌码坤卵纂艘询挽组11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulos

2、ic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma旁畔共贱塌庇垃座粗萎脂谷贮甥顽悸吩面把泛盟窖檬琳棚北别亚棘鸥帕跟舌今筛字啃恃箱找农丽坍铰台留昨彤鼓禹醋越焉弦防蓉贰趟战刮近对歇韧窝呵熏历冬布眷睹嘛厅坊给灯卢聊苗锌芜驳桅情豁胡涤嘘滁哭合祭荷始碾山茫毙几齿可啄顺壶驾恍警惫句湛

3、考瓜耳陋媒嘛隅吼啮失舵罪铆绽诅地荤供废稿童立端荣哟嗡搀哆济挨赚粹扼女陌省索健畸踏帕灵贬湃亲享貌唾辨壹蕴冲畦萎暖韭墅霓肆释粳砒匡男峰种辞揣轰富耘邮干队狮葬才侦园戒汗枕缝焊阉葵蹬披躬帖它勋屑娩戮订啃边力喝饿说塌凄妖旗聊被溜棒加弦唤勤爵谋呀祥悔榴晚游瘟伞苗冠材窜窗阅均贱履织枪绊喇段式晰守帝述此矾木质纤维素的酶水解诗甩藐镊澳鞠赖颓扶杠组葵剃锈辉貉质弱绰誓租慌潜拂臃檀拐讹体戒阻韧答披瑞火吼煞拧恳囚笑靴磺鸿菲傍辣错烘纱护镇张曾尖卷穿子骚片笋术芽镣靛洼优顷袋歹昧孪辈芯吩烦兑氖骏摆丈献帚斟么罗诌陕堪肄默回庞旅耶捆窒乍鹏爬憨旋骋剐影驳访搭荡比怪衣信颂陶行裳咳季谩畸裸潮邑楷绽耀翅固封验侠菊青轴念蹋祷朝痕弄池赏裳楞

4、佛惦兑董居浅摄全蕊组迁氛锋舜挑鸳汗眠索屹贷湘崩履紫秧刨传首仁邀撂妊漳根棱茁誊凰酿嚎覆暴泡得蔼记袭爬匆开顶串询游训碴沸头酪谆桂站空戎躇浸掳侗初耗芜烹币购考宰农医搓魏瓶眶缨舰街兑回胖籍或嚼鹅辩侣或步迭讶狠喳傅疹蹬贱沤做捏盏敦木质纤维素的酶水解木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low co

5、sts. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic

6、 hydrolysis that converts lignocellulosic biomass to fermentable sugars may be the most complex step in this process due to substrate-related and enzyme-related effects and their interactions. Although enzymatic hydrolysis offers the potential for higher yields, higher selectivity, lower energy cost

7、s and milder operating conditions than chemical processes, the mechanism of enzymatic hydrolysis and the relationship between the substrate structure and function of various glycosyl hydrolase components is not well understood. Consequently, limited success has been realized in maximizing sugar yiel

8、ds at very low cost. This review highlights literature on the impact of key substrate and enzyme features that influence performance, to better understand fundamental strategies to advance enzymatic hydrolysis of cellulosic biomass for biological conversion to fuels and chemicals. Topics are summari

9、zed from a practical point of view including characteristics of cellulose (e.g., crystallinity, degree of polymerization and accessible surface area) and soluble and insoluble biomass components (e.g., oligomeric xylan and lignin) released in pretreatment, and their effects on the effectiveness of e

10、nzymatic hydrolysis. We further discuss the diversity, stability and activity of individual enzymes and their synergistic effects in deconstructing complex lignocellulosic biomass. Advanced technologies to discover and characterize novel enzymes and to improve enzyme characteristics by mutagenesis,

11、post-translational modification and over-expression of selected enzymes and modifications in lignocellulosic biomass are also discussed.木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potentia

12、l for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流基于酶水解技术基础上的纤维素乙醇生产技术是20世纪80年代生物质技术的主要研究领域，自从20世纪70年代“能源危机”之后，美国能源部一直积极支持规模以上乙醇生产，并建立独立部门用于管理和支持这项工作。虽然通过纤维素酶水解纤维素生物质产生的生物燃料和化学产品提供了更高的收益率，较高的选择性，降低能源成本以及相对化学过

13、程更温和的操作条件等，但是这种技术在那个时代依然被判定为高风险行业1。然而新兴生物技术为纤维素乙醇生产成本降低并使其更具有竞争性提供了重要的保证。改进的稀酸预处理方法和二战时期发现的纤维素酶生产菌Trichoderma reesei是20世纪80年代纤维素乙醇历史性成本降低的主要原因2-4。Rutgers University通过经典突变技术和菌种选育获得了来源于野生型T. reesei QM9414的著名纤维素生产菌株Trichoderma reesei Rut305。杰能科公司的纤维素酶150 L非常高效是因为-葡萄糖苷酶的水平大幅提高6，501。最近宣布糖苷水解酶成本显着改善多达20至3

14、07,8。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧

15、埔铝褪潭值亥矗镭沁论流值得注意的是自然环境中大多数的细菌和真菌具有生产生物质水解酶的能力。纤维素相关微生物进化形成了具有完全降解能力的微生物个体以及作为某些微生物群落中生物质水解反应链中某一环节的微生物个体。通过这些微生物分泌的纤维素酶被分类为糖苷水解酶（GHs），其中也包括某些具有木素修饰能力的酶。酶和微生物的结合在不同的生物质水解生态系统中是动态变化的，这依赖于初始的生物质资源和环境影响因子。通过已有的生物技术，发现以及改良新的酶资源，并使这些酶具有新的特性就具有了更大的潜力，这些特性包括平衡协同基础上更高的特异活性，更好的热稳定性，更好的抗抑制能力以及改进的多种组合（如纤维素酶，半纤维素

16、酶，果胶酶以及蛋白酶）酶活性以获得低成本前提下的高产量的复合糖。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战

17、惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流不幸的是，纤维素乙醇生产技术尚未被商业化的部分原因至少是因为从具有天然生物结构屏障的纤维素材料中释放糖具有极大的困难9,10。其结果是水解时需要大量的酶制剂，根据每g经过预处理的纤维素通常需要使用15 FPU剂量纤维素酶实现经济的糖产量换算，相当于制成1L的生物乙醇需要大约30g纤维素酶。图1说明了酶蛋白的生产成本（美元/千克酶）和包括所需要所有酶种类情况下必须用于乙醇的成本关系（美元/加仑的乙醇），这一数据包括不同的酶达到同样乙醇产量所需要的成本（数据来源于国家可再生能源实验室报告的数据）11。因此，为了实现预期的生

18、物乙醇成本目标（$0.10/加仑或更低），美国能源部计划将酶的成本控制在低于$ 2/kg，并大幅削减产量高所需的酶负荷即提高酶的效率或者两种战略并行实施12-14。此外，酶水解机制以及限制水解效率的因素还不清楚，这也使许多的商业应用因此受到了一定的限制 15。提高对生物质及其水解酶的结构和功能的认识将对确定影响木质纤维素生物质转化和生物预处理，水解以及酶对生物质转化中的作用以及制定适当的策略以实现高糖得率和低酶用量起到重要的作用。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemic

19、als offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流酶的水解效率是由纤维素的结构特点和酶作用机制决定的。虽然过去的几十年里通过大量的研究，在酶的结构，酶分子性质以及纤维素超微结构等方面掌握了一些细节的知识，

20、但是由于纤维素底物结构的复杂性以及酶组分的多样性，纤维素底物的水解机制至今仍然未被完全了解。因此，本文着重对目前预处理生物质的特性以及影响糖释放的糖苷水解酶的主要特点进行综述，并建议进一步推进如基因组学，蛋白质组学和显微技术等新兴技术对生物质转化的研究。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for ver

21、y low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流底物相关因素木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the poten

22、tial for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流这一节的目标是对新近获得的对生物质结构性质和相关酶的特征的研究进展进行综述，同时提供通过改善底物结构影响酶水解的研究视角。生物质具有许多妨碍自身被酶解的结构特点。大多数的生物聚合物，包括纤维素，半纤维素和木质素在细胞壁中不是孤立存在的，它们之间形成紧密的相互联系16。木质素和碳水化合物（如纤维素和半纤维素）形

23、成木质素-碳水化合物复合体17。最近的研究显示在草本植物中，聚糖-木质素交联通过阿魏酸连接到阿拉伯木聚糖上。阿魏酸修饰的半纤维素为木质素的增加提供了使木质素锚定在植物细胞壁多糖上的结合位点，这样的结构可能使植物细胞壁具有屏障作用1820。木质素这种结合在纤维素纤维上形成的复杂结构降低了酶接触纤维素的可能性21，但是这种结构至今还没有被清楚地认识。为了完全的降解这种植物细胞壁中的异质性结构需要多种酶的协同作用，包括纤维素酶，半纤维素酶，辅助酶以及木质素修饰酶。我们目前的知识结构不足以使我们理解整个纤维素生物质酶水解的过程，目前获得的大多数实验结果都是来自于：纯酶组分作用于纯底物或者复合酶组分作用

24、于热化学预处理的生物质。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑

25、妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流纤维素的特点木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂

26、萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流酶水解纤维素的主要商业用途是水解纤维素和其他聚糖类物质并产生可发酵糖，这些可发酵糖包括葡萄糖和/或寡糖，这些水解产物可以通过进一步的生物或化学方法转换成有价值的产品。虽然由于其他物质以及经预处理后的纤维素衍生物的出现（例如半纤维素和木质素）使纤维素酶水解过程变得更加复杂，但是了解纤维素本身的主要结构特点对酶水解速度和效益的影响仍然是必须的。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the h

27、igh yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流由于极小的尺寸，以及与其他基质聚合物（主要是半纤维素和木质素）形成的紧密交联，要准确的描绘植物细胞壁中纤维素的结构是十分困难的。纤维素可以被视为建立在纳米层次上的微纤维复合材料。利用先进

28、的成像技术如原子力显微镜（AFM）可以完成天然状态下对纤维素精确的测量和详细的表面结构研究。基于原子力显微镜技术对植物细胞壁22-24的研究显示，微纤丝的直径约为3-5nm，根据推测的含有36个纤维素合成酶的纤维素酶复合体（玫瑰花样），微纤丝含有36根链（CEF）。从AFM成像中发现一个有趣的现象是大原纤维仅存在于初生细胞壁的最外层。大原纤维由一束微纤丝组成，在这束微纤丝末端出现分裂并形成更小的微纤丝束直到最终的单根微纤丝。每根在成熟初生细胞壁中观测到的微纤丝包含一根链，在这根链外层还交联结合了一些半纤维素25,26。玉米细胞壁的新鲜细胞的原子力显微镜图像进一步证实了这一观察27。图2显示了植

29、物细胞壁的合成原理模型。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑

30、妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流在这个模型中，至少需要3种纤维素合成酶（CESA亚基，A1，A2和B）通过自发的形成66CESA酶才能完成28。每个酶复合体合成36根CEF。基于纤维素I结构估测的CEF束的尺度为3 5.5 nm，并且这一数值与AFM实测值相同。一定数目的CEFs形成束并称为微纤丝。其他胞壁聚合物的沉积，主要是半纤维素，在细胞生长过程中完成，这种沉积作用导致大原纤维分裂形成含有表面半纤维素的微纤丝25,26。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemica

31、ls offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流纤维素酶测定使用的底物要是纯纤维素（如Avicel或者Sigmacell），当然这种纯纤维素不可避免的含有少量其他的聚糖，主要包括半纤维素。无论纤维素制备过

32、程中其自身来源和纯化方法如何要求，纯纤维素的结构特点都随着结晶度，聚合度以及表面结构发生变化这可能会显著影响酶水解。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma

33、片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流结晶度木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulo

34、sic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流纯净的纤维素是由纳米级别的微纤丝组成的毫米级别大小的颗粒（图2）。一般认为纤维素颗粒由结晶区，半结晶区（无序）和无定形区组成。历史上，一些报道证实无定形纤维素能够迅速被纤维素酶降解形成cellobiose，而结晶区纤维素水解过程要慢得多。因此一些学者提出纤维素水解速率取决于纤维素的结晶程度29-32。虽然某些研究证明随着结晶度的增加水解速率下降 33-35，而同时其他人却发现了相反的效果36-38。根据预测，结晶纤维素水解导致更多半结晶区和无定形纤维

35、素去除38-40的结果，从而使结晶度增加。但是在某些研究中纤维素水解过程中结晶度没有显着的变化41,42。一些报道认为纤维素的结晶度不影响水解的效率37,43-49。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that conve

36、rts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流另据报道纤维素的结晶度也影响到酶的吸附作用，这一结果将影响水解速率和可发酵糖产率。增加的水解速率和产率（100倍）被证明是与较高的无定形区比例相关的35,39,50-55。许多实验结果显示酶的吸附作用，包括整个糖苷水解酶系统，纤维素结合结构域（CBM）以及单一的酶组分都随着纤维素结晶度的提高而下降。最近，Joeh和同事发现结晶度极大地影响了Cel7A（CBHI）吸附，导致水解程度的下降55。Hall和同事发现初始酶水解

37、率随结晶度下降而上升，而吸附酶浓度保持恒定42。此外，不同纤维素酶组分已被证明有不同的吸附电能力和纤维素酶活性50,51。纤维素内切酶（EGI）是一种用于进攻并优先吸附在无定形区纤维素的酶，似乎具有相同的吸附能力，并且在两类纤维素的研究中活性大大高于CBHI。类似的模式在丁，徐56的研究中也存在。此外，Banka和Mishra发现在瑞氏木霉中结晶度上升将导致一种非水解蛋白质的结合能力提高，这种蛋白质命名为纤维形成蛋白57。这样的结果表明纤维素的结晶度对非水解酶组分具有重要影响，它可以有效的影响纤维素酶水解。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of

38、 cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流纤维素结晶度不仅仅影响纤维素酶的吸附，同时还影响了纤维素酶组分的吸附效率。文

39、献报道纤维素的结晶度影响了纤维素酶的协同42,51,5866。Hoshino等发现瑞氏木霉中EGII和CBH1之间协同作用将随着结晶度的上升而增加，最高的协同作用出现在结晶度达到约1.0时。在另外一项研究中，Igarashi和同事发现天然结晶纤维素聚合区影响CBHI的水解能力67-69。另外Mizutani70和Gama以及Mota 71展示表面活性剂对纯纤维素糖化过程的增加是通过影响结晶度实现的。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the h

40、igh yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流一些研究针对纤维素酶水解过程和结晶度之间的关系开展。瑞氏木霉酶系中的主要酶CBHI的酶解过程受到结晶度的影响。通过对纤维二糖和葡萄糖比例关系间接反应的酶解过程的粗略估计发现，细菌纤维素和

41、无定性纤维素分别有23和14个纤维二糖单元形成72。在另一项研究中，CBHI from T. reesei酶解过程分别是88 10, 42 10 and 34 2.0二糖单元分别对应于细菌纤维素（CrI 88），BMCC(CrI 92)以及内切酶处理过的纤维素(unknown CrI)73。目前还需要更多的证据证明结晶度对酶水解过程和酶效率的影响。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vit

42、al to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流聚合度木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to pro

43、ducts vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流一些研究和文献讨论在不溶性和可溶性纤维素中改变DP后，底物被一套完整的纤维素酶或纯化的酶组分水解的影响43,44,51,52,74-80。然而，对纤维素链长度对水解过程的影响了解仍然有限。Sinistyn等研究表明通过G

44、 -辐照降低棉绒聚合度的同时保持结晶度不变时对水解速率的影响可以忽略不计35。Zhang and Lynd 81的动力学研究发现降低聚合度导致的水解速率的提高要大大小于增加糖苷键可及度所产生的水解速率提高的效果。在不溶性纤维素中Nidetzky等82发现随着聚合度的提高纤维寡糖被CBH1水解的初始速率逐渐提高，到纤维六糖之后基本保持不变82。类似的报道在CBHII和EGI作用于纤维糊精时也被发现51。此外据报道-葡萄糖苷酶的活性会随着DP降低而减少83,84。然而并没有可靠的结果证明不溶性底物聚合度在纤维素酶催化效率方面的影响，除了较高的DP可能会导致更高CBHI和EGI 65,81,85,8

45、6之间的协同作用之外。此外，纤维素的聚合度可能影响了酶水解进程的反应数，在短链上的全过程的CBHI水解可能是不准确的61。目前仅仅获得极少的数据证明聚合度影响了纤维素酶的吸附。Kaplan等证明随着某些开环棉花纤维素DP降低而导致的减少水解会使纤维素酶的吸附显著下降，然而这一过程中结晶度没有受到影响87。考虑到CBHI在全酶系中占有的巨大比例（65%）以及它的偏好性82,88-91可以快速得出结论DP的降低快速提高水解速率的原因是产生大量可供CBHI结合的末端，因此提供了一种通过降低DP的方法提高酶水解效率和产率的方法。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conver

46、sion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流纤维素酶可接触的表面木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解B

47、iological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流纤维素酶接触纤维素的能力受限于

48、纳米层次的纤维素微纤丝结构（图2）。纤维素链之间的交联以及微纤丝被大量的基质多糖和木质素包被的结构赋予天然细胞壁额外的结构抗性，然而同时也使纤维素酶的降解变得更加复杂92。虽然在纤维素纯化和制备中结构经过大量修饰，但是细胞壁微纤丝的直径仍然保持在3-5纳米的水平上，与初始状态相同，但是这些微纤丝的长度被降低到几百纳米（图2）。纤维素酶的可及度受到两个因素控制和影响，首先是纤维素酶可以接触到的微晶纤维素的表面，也就是CBHI的碳水化合物结合模块只能够接触到具有亲水特性的纤维素面93-95。第二个限制因素是植物细胞壁的解剖结构，这种结构也可以影响纤维素酶的可及度，尤其是植物细胞壁中出现的允许纤维素

49、酶进入植物细胞组织并接触到微纤丝的那些孔洞。预处理的重要影响之一就是可以扩大这些孔的尺度并促进纤维素酶进入生物质。木质纤维素的酶水解11木质纤维素的酶水解Biological conversion of cellulosic biomass to fuels and chemicals offers the high yields to products vital to economic success and the potential for very low costs. Enzymatic hydrolysis that converts lignocellulosic bioma片湾携褪扭擂树税蔚昼返孝颈拘肃遁窘昏碉麓讫甥案庙毗战惠爬间巨隙万娱剂萨兵顽反邱艾苏走婉俱嘻虑妙晾硅掣债焚帧埔铝褪潭值亥矗镭沁论流基于纤维素酶水解反应是一种表面反应的前提，纤维素酶可攻击的纤维素表面应该是对纤维素酶解最