纖維素酶發(fā)酵工藝與應(yīng)用

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1、纖維素酶發(fā)酵工藝與應(yīng)用張?zhí)镉裥煅嗤踯绾鷥S200922153004-200922153007纖維素酶發(fā)酵工藝與應(yīng)用纖維素酶介紹纖維素酶生產(chǎn)菌的選育纖維素酶發(fā)酵生產(chǎn)的工藝?yán)w維素酶的應(yīng)用4123前言纖維素是地球上數(shù)量最大的可再生資源，通過光合作用，地球上每年合成的植物總量約為1×1011，其中纖維素占40%，目前，自然界中纖維素只有一小部分得到利用，絕大多數(shù)纖維素白白浪費(fèi)。如果能將纖維素分解成葡萄糖，作為食品發(fā)酵工業(yè)的原料，對(duì)人類將是一個(gè)重大貢獻(xiàn)，可以使我們擺脫對(duì)谷物糧食的絕對(duì)依賴，緩和世界資源緊缺。1.纖維素酶的介紹分類纖

2、維素酶的作用機(jī)理由內(nèi)切葡聚糖酶（C1酶）作用于微纖維的非結(jié)晶區(qū)，使其露出許多末端供外切型酶作用，纖維二糖水解酶從非還原性末端依次分解，產(chǎn)生纖維二糖；部分降解的纖維素進(jìn)一步由內(nèi)切葡聚糖酶和纖維二糖水解酶協(xié)同作用，分解生成纖維二糖、三糖等低聚糖；C1酶（內(nèi)切葡聚糖酶）Cx酶（纖維二糖水解酶）β葡糖苷酶定義：編號(hào)：EC3.2.1.4。由多種水解酶組成的一個(gè)復(fù)雜酶系。纖維素酶在分解纖維素時(shí)起生物催化作用，是可以將纖維素分解成多糖或單糖的酶。由β葡糖苷酶作用分解成葡萄糖。2.1纖維素酶的來源纖維素酶昆蟲、軟體動(dòng)物、原生動(dòng)物、細(xì)菌

3、、放線菌和真菌等都能產(chǎn)生纖維素酶。目前研究較多的是霉菌，其中酶活力較強(qiáng)的菌種為木霉、曲霉、根霉和青霉、特別是里斯木霉、綠色木霉、康氏木霉等較為典型、是目前公認(rèn)的較好的纖維素酶生產(chǎn)菌。細(xì)菌中酶活力較強(qiáng)的菌種有纖維粘菌屬、生抱纖維粘菌屬和纖維桿菌屬、放線菌中有黑紅旋絲放線菌、玫瑰色放線菌、纖維放線菌和白玫瑰放線菌等。來源霉菌細(xì)菌2.2菌種選育自然選育誘變育種基因工程菌從應(yīng)用效果來看，高能電子、Y射線、紫外線可能是木霉屬菌種較有效的誘變因子；應(yīng)用亞硝基胍等誘變劑能夠明顯提高產(chǎn)纖維素酶菌種的誘變率。只通過一次誘變處理，要獲得高

4、活力菌株的可能性是較小的，而通過多次物理化學(xué)因素的復(fù)合處理，往往可以積累正向變異，使活力逐步提高。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基因工程菌也成為了纖維素酶發(fā)酵生產(chǎn)菌的來源之一。纖維素酶生產(chǎn)菌從自然界篩選分離的野生型菌株產(chǎn)酶能力比較低，不能達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。2.3菌種選育纖維素酶的未來選育方向基于對(duì)纖維素酶結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行理性設(shè)計(jì)；通過提高基因內(nèi)的突變率或DNA重組使酶獲得新的催化性質(zhì)；通過纖維素酶系的重組與構(gòu)建，來改進(jìn)纖維素酶的性質(zhì)或提高其比活性結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系定向化重組與構(gòu)建3.纖維素酶的發(fā)酵生產(chǎn)工藝液

5、體深層發(fā)酵纖維素酶發(fā)酵生產(chǎn)的重點(diǎn)之一是將2種以上產(chǎn)酶微生物一起接種進(jìn)行混合發(fā)酵，利用它們所產(chǎn)各纖維素酶系的互補(bǔ)作用，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高效的混合纖維素酶。概述工藝流程工藝條件概述工藝流程工藝條件固體發(fā)酵3.1固體發(fā)酵工藝固體發(fā)酵法又稱麩曲培養(yǎng)法，是以秸稈粉、廢紙、玉米秸稈粉為主要原料，拌入種曲后，裝入盤或簾子上，攤成薄層(厚約1cm)，在培養(yǎng)室一定溫度和濕度(RH90%～100%)下進(jìn)行發(fā)酵。產(chǎn)生的酶系更全，有利于降解天然纖維素，且投資低、能耗低、產(chǎn)量高、操作簡(jiǎn)易、回收率高、無泡沫、需控參數(shù)少、環(huán)境污染小等。但固體發(fā)酵法易被雜

6、菌污染，生產(chǎn)的纖維素酶分離純化較難，且色素不易去除。3.1.1固體發(fā)酵工藝流程pH最好為酸性，有利于真菌的生長(zhǎng)而抑制細(xì)菌的滋生。含水量應(yīng)視纖維材料種類不同而異。玉米秸稈培養(yǎng)基適宜的含水量為1∶(2～215)(w/w)，麥秸培養(yǎng)基適宜的含水量為1∶(1～1.5),啤酒糟培養(yǎng)基的含水量為1∶1。pH溫度含水量時(shí)間影響因素3.1.2固體發(fā)酵工藝條件3.2液態(tài)深層發(fā)酵工藝液態(tài)深層發(fā)酵又稱全面發(fā)酵，是將秸稈等原料粉碎、預(yù)處理并滅菌后送至具有攪拌槳葉和通氣系統(tǒng)的密閉發(fā)酵罐內(nèi)，接入菌種，借強(qiáng)大的無菌空氣或自吸的氣流進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使?/p>

7、、液面積盡量加大而進(jìn)行發(fā)酵其主要特點(diǎn)是培養(yǎng)條件容易控制，不易染雜菌，生產(chǎn)效率高。液態(tài)深層發(fā)酵是現(xiàn)代生物技術(shù)之一，已成為國(guó)內(nèi)外重要的研究和開發(fā)工藝。3.2.1液態(tài)深層發(fā)酵工藝流程培養(yǎng)基初始pH為5~6溫度低于60°C，最適培養(yǎng)溫度為28°CpH接種量溫度時(shí)間影響因素3.2.2液態(tài)深層發(fā)酵工藝條件接種量明顯低于固態(tài)發(fā)酵，接種度為2%~10%液體發(fā)酵時(shí)間約為70h4.纖維素酶的應(yīng)用纖維素酶生產(chǎn)葡萄糖和單細(xì)胞蛋白農(nóng)副產(chǎn)品和城市廢料中的纖維素,通過纖維素酶轉(zhuǎn)化為葡萄糖和單細(xì)胞蛋白，對(duì)人類有著十分重要的意義。食品發(fā)酵工藝食品發(fā)酵工

8、業(yè)是纖維素酶應(yīng)用最廣泛的一個(gè)部門。其他用途醫(yī)藥、環(huán)保、遺傳工程等方面。飼料工業(yè)纖維素酶和纖維素酶產(chǎn)生菌能轉(zhuǎn)化粗飼料如麥桔、麥糠、稻草、玉米芯等,把其中一部分纖維素轉(zhuǎn)化為糖、菌體蛋白、脂肪等，降低飼料中粗纖維含量提高粗飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，擴(kuò)大飼料來源。參考文獻(xiàn)[1]曾青蘭，王志勇.纖維素酶發(fā)酵工藝的研究進(jìn)展.河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,13(