Molecular mechanisms of interaction between enzymes and Maillard reaction products formed from thermal hydrolysis pretreatment of waste activated sludge

美拉德反应 化学 溶菌酶 水解 活性污泥 有机化学 酶水解 色谱法 废水 生物化学 工程类 废物管理
作者
Qiandi Wang,Qiongying Xu,Huidi Wang,Bo Han,Dasha Xia,Dongsheng Wang,Weijun Zhang
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:206: 117777-117777 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.watres.2021.117777
摘要

Thermal hydrolysis pretreatment (THP) is often used to improve the anaerobic digestion performance of waste activated sludge (WAS) in wastewater treatment plants (WWTPs). During the THP process, the proteins and polysaccharides in the biomass will undergo hydrolysis and Maillard reaction, producing biorefractory organic substances, such as recalcitrant dissolved organic nitrogen (rDON) and melanoidins. In this study, a series of spectroscopy methods were used to quantitatively analyze the Maillard reaction of glucose and lysine, and the interaction mechanisms of the Maillard reaction products (MRPs) and lysozyme were investigated. Results showed that the typical aromatic heterocyclic structures in MRPs, such as pyrazine and furan, were found to quench molecular fluorescence of lysozyme, resulting in an unfolding of standard protein structure and increase in lysozyme hydrophobicity. Significant loss of enzyme activity was detected during this process. Thermodynamic parameters obtained from isothermal titration calorimetry (ITC) confirmed that the interaction between MRPs and lysozyme occurred both exothermically and spontaneously. Density functional theory (DFT) calculations suggested that the molecular interactions of MRPs and protein included parallel dislocation aromatic stacking, T-shaped vertical aromatic stacking, H-bond and H-bond coupled to aromatic stacking.

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