论文总字数：22642字

摘 要

木质素作为地球上第二大可再生资源，是很多芳香族化合物的重要来源。其降解产物有香草醛，香草酸，阿魏酸，异丁香酚等，其中不少降解产物是人类目前生活中所用到的不可或缺的资源。现在人们不断追求更为环保，更为自然的“绿色生活”，对资源的要求也越来越高。木质素来源芳香族化合物的生物转化已经成为当下研究的热门之一。

本课题以木质素来源的阿魏酸，香草醛，异丁香酚为底物，对实验室保存的微生物进行筛选，期望得到能高效转化这一类化合物生成高附加值精细化学品的微生物。本实验采用全细胞生物催化转化鉴定方法，对35种不同来源的微生物生物转化特性进行研究。结果显示，相当一部分微生物能够转化或者降解目标底物。

关键词：阿魏酸 异丁香酚 香草醛 生物催化与转化 木质素

ABSTRACT

Lignin, as the second largest renewable resource on earth, is an important source of many aromatic compounds. Its degradation products include vanillin, vanillic acid, ferulic acid, isoeugenol and so on. Many of them are indispensable resources for human life. Nowadays, people are constantly pursuing a more environmentally friendly and natural "green life", and the demand for resources is also getting higher and higher. Biotransformation of aromatic compounds derived from lignin has become one of the hottest topics in current research.

In this study, ferulic acid, vanillin and isoeugenol from lignin were used as substrates to screen microorganisms preserved in the laboratory, in order to obtain microorganisms that can efficiently transform these compounds into fine chemicals with high added value. In this experiment, the whole-cell biocatalytic transformation identification method was used to study the transformation characteristics of 35 different sources of microorganisms. The results showed that a considerable number of microorganisms could transform or degrade the target substrate.

Key words: Isoeugenol; Ferulate; Vanillin; Biocatalysis; Lignin conversion

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1木质素来源芳香族化合物 1

1.1.1木质素 1

1.1.2木质素包括的芳香族化合物及应用 1

1.1.3生物催化技术 2

1.2芳香族化合物的生物催化与转化 2

1.2.1阿魏酸的生物催化及应用 2

1.2.2异丁香酚的生物催化及应用 4

1.2.3香草醛的生物催化及应用 4

1.3本课题研究思路与目标 5

第二章 实验材料与方法 6

2.1 实验准备 6

2.1.1实验主要仪器 6

2.1.2实验主要试剂 6

2.1.3实验主要菌种 7

2.1.4实验主要培养基 8

2.2实验原理 8

2.3生长细胞催化 9

2.3.1实验准备 9

2.3.2实验过程 9

2.4静息细胞催化 10

2.4.1实验准备 10

2.4.2实验过程 10

2.5液相分析 10

2.5.1仪器和方法 10

2.5.2仪器操作过程 11

第三章 结果与分析 13

3.1液相图谱（标准品） 13

3.2生长细胞筛选 15

3.2.1 阿魏酸筛选结果 15

3.2.2 异丁香酚筛选结果 16

3.2.3 香草醛筛选结果 17

3.3静息细胞筛选 19

3.3.1香草醛筛选结果 19

3.3.2异丁香酚筛选结果 19

第四章 成果与展望 20

4.1成果 20

4.2展望 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 文献综述

1.1木质素来源芳香族化合物

1.1.1木质素

木质素（英语：Lignin）是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物[1]。

芳族杂聚物木质素是植物细胞壁的木质纤维素基质的重要组分，包含15 -30%干重的木质纤维素[2]。木质素的芳香族含量是可再生芳香化学品的潜在有价值的来源，但通过化学或生物催化途径对木质素的增值具有相当大的挑战性，它需要新型高活性生物催化剂。有研究对木质素降解菌株Sphingobacterium sp.的基因组DNA进行测序。T2显示与已知的木质素降解基因无匹配。在部分纯化的细胞外部分中发现了两种锰超氧化物歧化酶蛋白质的蛋白质组匹配。发现重组MnSOD1和MnSOD2对Organosolv和Kraft木质素以及HC木质素模型化合物的氧化显示出高活性，产生多种氧化产物（产生羟基自由基，一种高活性氧化剂）。该实验首次证明了MnSOD是微生物木质素氧化酶。

1.1.2木质素包括的芳香族化合物及应用

阿魏酸(Ferulic Acid)的化学名称为4羟基3甲氧基肉桂酸，是桂皮酸（又称肉桂酸，3苯基2丙烯酸，分子结构）的衍生物之一[3]。阿魏酸能清除自由基，促进清除自由基的酶的产生，增加谷胱甘肽转硫酶和醌还原酶的活性，并抑制酪氨酸酶活性，来调节人体生理机能[4]。它在阿魏、当归、川芎、升麻、酸枣仁等中药材中的含量较高，是这些中药的有效成分之一，已经作为中成药的质量指标之一[5]。在食品原料中，咖啡、谷壳、香兰豆、麦麸、米糠中阿魏酸含量也较高[6]。近几年在药理药效方面的研究发现了许多阿魏酸及衍生物的药理作用和生物活性，且毒性较低，因而在医药、保健品、化妆品原料和食品添加剂等方面有着广泛的用途[7]。

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