酶催化转化纤维素制备果糖研究开题报告

1. 研究目的与意义

果糖是天然碳水化合物中最甜的，4.6%果糖的甜味相当于8.3%葡萄糖或5%正常蔗糖，即蔗糖(葡萄糖和果糖的二糖)。特别是在美国和日本，许多食品产品，如软饮料、加工食品、谷物和烘焙食品，包括高果糖浆(hfcs)作为蔗糖的经济替代品。其中一个关键的工业应用是使甜味剂产品高果糖糖浆(hfcs)(也称为葡萄糖#8722;果糖糖浆，gfs)，它含有葡萄糖(醛己糖)和同分异构体果糖(酮己糖)的水混合物。

葡萄糖与果糖的相互转化不仅适用于生产甜味剂，而且还可能用于生产各种来自糖的其他化学物质和燃料，而果糖所在关键的中间化合物，具有经济价值高、对环境友好和可持续性强等优点。因此，在过去的几年里，人们投入了大量的精力来转化优先从陆地生物量中所包含的多糖，如纤维素、半纤维素、淀粉、菊粉和果胶中提取的葡萄糖，并通过果糖转化为多种化学物质。一个值得注意的商业化反应是葡萄糖通过果糖脱水成5-羟甲基糠醛(hmf)。hmf可以进一步加工成2,5-呋喃二羧酸(fdca)，这是聚酯中石油基对苯二甲酸的可再生替代品。同样，果糖也是制造其他重要化学物质的中间体，如左酰丙酸及其酯、烷基果糖苷和5-乙氧基甲基糠醛。

2. 研究内容和预期目标

本研究通过纤维素酶水解纤维素转化葡萄糖、异构酶催化葡萄糖制备果糖两步反应，对催化转化纤维素制备果糖产物分析，产率、转化率及选择性分析，进而阐述酶促反应机理，以优化反应参数，获得纤维素转化果糖的最佳产率。具体研究内容如下：

（1）使用纤维素酶在水溶液中水解纤维素得到葡萄糖。

（2）通过反应时间，反应温度和酶量的优化确定纤维素水解的最佳反应条件。

3. 研究的方法与步骤

研究方法

使用纤维素酶和葡萄糖异构化酶分别两步催化纤维素以及纤维素水解后的葡萄糖。利用dns法测量纤维素水解反应后的还原糖的产率，利用示差高效液相色谱测量葡萄糖产率，果糖产率。

实验步骤

（1）磷酸缓冲溶液的配置

4. 参考文献

[1] bhati n, shreya, sharma a k. cost‐effective cellulase production, improvement strategies, and future challenges[j]. journal of food process engineering, 2020, 44(2).

[2] dumeignil f, guehl m, gimbernat a, et al. from sequential chemoenzymatic synthesis to integrated hybrid catalysis: taking the best of both worlds to open up the scope of possibilities for a sustainable future[j]. catalysis science amp; technology, 2018, 8(22):5708-5734.

[3] jin l q, jin y t, zhang j w, et al. enhanced catalytic efficiency and thermostability of glucose isomerase from thermoanaerobacter ethanolicus via site-directed mutagenesis[j]. enzyme microb technol, 2021, 152:109931.

5. 计划与进度安排

(1)2024.12.27～2024.03.01：查阅文献，根据任务书书写开题报告，制定实验方案，翻译外文文献；

(2)2024.03.02～2024.03.10：准备酶促反应，熟悉反应操作；

(3)2024.03.11～2024.04.01：纤维素酶水解纤维素、异构酶催化葡萄糖制备果糖分析；