纖維素酶發(fā)酵工藝與應用

纖維素酶發(fā)酵工藝與應用第1頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維素酶發(fā)酵工藝與應用纖維素酶介紹纖維素酶生產菌的選育纖維素酶發(fā)酵生產的工藝纖維素酶的應用4123第2頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月前言纖維素是地球上數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，絕大多數纖維素白白浪費。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，對人類將是一個重大貢獻，可以使我們擺脫對谷物糧食的絕對依賴，緩和世界資源緊缺。第3頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月1.纖維素酶的介紹分類纖維素酶的作用機理由內切葡聚糖酶（C1酶）作用于微纖維的非結晶區(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，產生纖維二糖；部分降解的纖維素進一步由內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（內切葡聚糖酶）

Cx酶（纖維二糖水解酶）

β葡糖苷酶

定義：編號：EC3.2.1.4。由多種水解酶組成的一個復雜酶系。纖維素酶在分解纖維素時起生物催化作用，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。

第4頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1纖維素酶的來源纖維素酶昆蟲、軟體動物、原生動物、細菌、放線菌和真菌等都能產生纖維素酶。

目前研究較多的是霉菌，其中酶活力較強的菌種為木霉、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、是目前公認的較好的纖維素酶生產菌。

細菌中酶活力較強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。來源霉菌細菌第5頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2菌種選育自然選育誘變育種基因工程菌從應用效果來看，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；應用亞硝基胍等誘變劑能夠明顯提高產纖維素酶菌種的誘變率。只通過一次誘變處理，要獲得高活力菌株的可能性是較小的，而通過多次物理化學因素的復合處理，往往可以積累正向變異，使活力逐步提高。隨著現代分子生物學技術的發(fā)展，基因工程菌也成為了纖維素酶發(fā)酵生產菌的來源之一。纖維素酶生產菌從自然界篩選分離的野生型菌株產酶能力比較低，不能達到工業(yè)生產的要求。第6頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3菌種選育纖維素酶的未來選育方向基于對纖維素酶結構和功能關系認識的基礎上進行理性設計；

通過提高基因內的突變率或DNA重組使酶獲得新的催化性質；

通過纖維素酶系的重組與構建，來改進纖維素酶的性質或提高其比活性

結構和功能關系定向化重組與構建第7頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月3.纖維素酶的發(fā)酵生產工藝液體深層發(fā)酵纖維素酶發(fā)酵生產的重點之一是將2種以上產酶微生物一起接種進行混合發(fā)酵，利用它們所產各纖維素酶系的互補作用，生產出優(yōu)質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)酵第8頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月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%)下進行發(fā)酵。產生的酶系更全，有利于降解天然纖維素，且投資低、能耗低、產量高、操作簡易、回收率高、無泡沫、需控參數少、環(huán)境污染小等。但固體發(fā)酵法易被雜菌污染，生產的纖維素酶分離純化較難，且色素不易去除。

第9頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1.1固體發(fā)酵工藝流程第10頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月pH最好為酸性，有利于真菌的生長而抑制細菌的滋生。

含水量應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溫度含水量時間影響因素3.1.2固體發(fā)酵工藝條件第11頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月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，接入菌種，借強大的無菌空氣或自吸的氣流進行充分攪拌，使氣、液面積盡量加大而進行發(fā)酵其主要特點是培養(yǎng)條件容易控制，不易染雜菌，生產效率高。液態(tài)深層發(fā)酵是現代生物技術之一，已成為國內外重要的研究和開發(fā)工藝。第12頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1液態(tài)深層發(fā)酵工藝流程第13頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月培養(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)酵時間約為70h第14頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.纖維素酶的應用纖維素酶生產葡萄糖和單細胞蛋白

農副產品和城市廢料中的纖維素,通過纖維素酶轉化為葡萄糖和單細胞蛋白，對人類有著十分重要的意義。食品發(fā)酵工藝

食品發(fā)酵工業(yè)是纖維素酶應用最廣泛的一個部門。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生菌能轉化粗飼料如麥桔、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養(yǎng)價值，擴大飼料來源。

第15頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月參考文獻[1]曾青蘭，王志勇.纖維素酶發(fā)酵工藝的研究進展.河北農業(yè)科學,2009,13(12):35-36[2]王蘭芬.纖維素酶的作用機理及開發(fā)應用.釀酒科技.1997.84(6):16-17[3]曾露，李群良，嚴偉，何查霖，何曙光.纖維素酶產生茵的篩選及產酶條件優(yōu)化.化學與生物工程,2012,29(5)