LPMO结合硫酸水解制备纤维素纳米晶体

岑 铭 王玉博 赵 蕾 李佩贤 崔博雅 周美怡 温洋兵 路福平 刘夫锋

（天津科技大学生物工程学院，天津，300457）

通常制备纤维素纳米晶体（CNC）主要为酸水解法[1-2]，其中多用质量分数60%左右的硫酸[3-4]。酸水解得到的CNC形态小、稳定性好，但水解时硫酸所需质量分数高，硫酸用量大，对机械设备腐蚀严重，且废液难以处理，污染生态环境。近年来，以生物酶辅助预水解结合酸水解制备CNC已有报道，Facundo等人[5]使用纤维素酶预水解结合硫酸制得CNC总得率和粒径均提高。而生物法现多采用复合酶水解[2]或单酶水解[6]等，具有废液处理方便、绿色环保等优点[7]，目前所用的酶主要以纤维素酶为主。

裂解性多糖单加氧酶（lytic polysaccharide monooxygenase，LPMO）是铜离子依赖型氧化酶，根据序列差异在碳水化合物活性酶数据库（CAZymes,http://www.cazy.org/）中分为7类[8]，其中AA9家族是主要水解纤维素的氧化酶[9]。LPMO作用靶点为β-1,4-糖苷键，可氧化纤维素单元C1、C4处，得到的产物分别为醛糖酸、二元醇[10]，其中在C1位置氧化会产生1个可解离的羧基[11]，能增加纤维素电位，提高分散性[12]。此外，还有研究报道LPMO可在C6掺入氧，具体机理尚不明确[13]。与纤维素酶、聚木糖酶、果胶酶等水解酶相比，LPMO为氧化酶，需要外源电子还原活性位点的金属铜离子才能发挥活性。外源电子供体常用抗坏血酸、没食子酸等小分子还原剂。其次，LPMO可作用于纤维素结晶区，通过断裂β-1，4-糖苷键以产生更多还原端——纤维素酶的作用靶点，可加速纤维素酶水解效率[14]。利用LPMO制备纤维素纳米纤维已有报道。如Céline等人[6]通过LPMO水解桦木纤维，与聚木糖酶、外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶水解的纸浆对比，发现经LPMO水解得到的纳米纤维素表现出更好的凝胶稠度。……