木质纤维素降解酶的应用及前景

木质纤维素降解酶的应用及前景
木质纤维素降解酶的应用及前景

微生物学论文

题目:木质纤维素降解酶的应用及前景姓名:

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班级:生科11101班

完成时间:2013-5-22

摘要:木质纤维素是地球上最为丰富的可再生资源,能将木质纤维素降解为葡萄糖的木质纤维素酶是一个复合酶系,它在养殖、食品、酿酒、纺织、洗涤、能源、造纸等工业中具有广泛的应用价值,如能够显著提高粗饲料的消化率和利用率,提高食品原料细胞内含物的提取率,缩短酿酒发酵时间、提高出酒率,提高纺织品纤维质量,增强去污能力,促进乙醇燃料的开发,提高纸浆质量等。本文综述了木质纤维素酶在工业方面的应用,并对其发展前景进行展望。

关键词:木质纤维素酶;工业应用;前景

绪论:进入21世纪以来,石油等关键矿产资源将在本世纪中后期逐步接近枯竭。同时,化石燃料的燃烧导致二二氧化碳排放量不断增加,造成全球气候变暖能源、资源、环境问题已经成为制约新世纪社会经济可持续发展的主要瓶颈,引起人们的广泛关注。现有的工业发展模式已经难以为继,开发新的可持续的绿色替代能源和资源已经成为世界各国的紧迫任务。

生物质是地球上唯一可大规模再生、足以支撑人类生存发展的能源和实物性资源。其中木质纤维素部分价格低廉,供应充足,且未得到充分的开发利用。利用现代技术可将其降解转化为液体燃料和大宗化品,即可缓解石油等的消耗,又能够保护生态环境和减缓温室效应的同时,加快经济方式转变,促进全球经济的可持续发展。同时,对农业生产延伸、农村经济发展、农民就业增收,及维护社会的和谐与稳定将产生积极的促进作用。对于我国这样一个人口众、能源和资源紧张的国家来说,具有特别重要的战略意义和现实意义。

一:木质纤维素的降解酶

1.1 纤维素的降解酶

纤维素的酶降解需要纤维素酶的参与,纤维素酶并不是一种简单的酶,而是由若干种相互关联的酶组成的一个复杂的酶系统,主要由3 类组成:内切-β-1,4-葡聚糖酶,又被称为Cx 酶;外切葡聚糖酶,又被称为C1酶;β-葡萄糖苷酶,又被称为BG 酶或CB 酶。目前普遍接受的观点是3 种组分协同作用于木质素的降解,即首先由Cx 酶在纤维素聚合物的内部起作用,在纤维素的非结晶部位进行切割,产生新的末端,然后再由外切葡聚糖酶以纤维二糖为单位,从末端进行水解,最后由CB酶将纤维二糖彻底水解为葡萄糖。

1.2 半纤维素的降解酶

半纤维素可以被降解为单糖和乙酸。主要降解酶是内切-β-1,4-木聚糖酶和β-1,4-木糖苷酶,此外,半纤维素的降解还需要木聚糖酯酶、α-葡糖醛酸酶、α-L-阿拉伯呋喃糖酶和乙酰酯酶等辅助酶的作用。

1.3 木质素的降解酶

由于木质素的结构复杂、分子量高,加之不溶于水,所以,与纤维素、半纤维素的降解相比,木质素的降解比较难进行。降解木质素的酶主要有3 类,即:木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶,此外,还有一些辅助酶参与过氧化氢的产生,如乙二醛氧化酶和芳基醇氧化酶等。

二:木质纤维素降解酶的应用

2.1 在养殖业中的应用

纤维素酶和半纤维素酶在动物饲料工业中有非常广泛的应用。猪、鸡等单胃动物由于体内内源性纤维素酶不足或缺乏,导致纤维素消化利用率低,添加纤维素酶可补充内源酶的不足,促进饲料的良好消化,提高动物对粗纤维的利用率,同时还可以改善肠道环境,减少消化道疾病,促进动物健康生长。

2.2 在食品工业中的应用

植物食品加工主要是利用植物细胞的内含物如蛋白质、油脂、淀粉、可溶性生物碱、色素等,而这些成分被植物细胞壁包裹或紧密相连。用纤维素酶作适当处理可使植物细胞壁软化、膨胀或崩溃,从而提高细胞内含物的提取率,简化了食品加工工艺,改善食品品质。例如,在酱油的酿造过程中添加纤维素酶,可使大豆类原料的细胞膜膨胀软化破坏,使包藏在细胞中的蛋白质和碳水化合物释放,这样既可提高酱油浓度,改善酱油质量,又可缩短生产周期,提高产率。由于纤维素酶粗酶制剂一般含有半纤维素酶和果胶酶,因此可用于水果、蔬菜加工。

2.4 在纺织业和洗涤业中的应用

由于纤维素酶可以改良有纤维质的纤维使其成为人们所期望的款式,并且可以提高纤维的质量,纤维素酶在纺织业和洗涤业中有广泛的应用。纤维素酶已经成为在纺织业和洗涤业中应用的第三大酶系。生物打磨和生物抛光是纤维素酶在纺织业中应用最广泛的两个方面。在洗涤过程中加入纤维素酶就可以把堆积在一起的微纤维分散开

从而使衣物的表面变得光滑和平坦。同时,由于微纤维的分散,微纤维之间所携带的脏的微粒也可以同时被去除,这样就可以进一步增加衣服的亮度和柔软度。

2.5 在能源工业中的应用

随着科学技术的发展和机械化程度的提高,燃料能源短缺现象日趋严重。开发石化能源的替代品已成为全世界关注的焦点。目前,乙醇已在很多国家被广泛应用于汽车燃料中取代部分石油,但是在混合燃料中所使用的大量乙醇都是由谷物发酵而产生的,这样成本较高,并且还会消耗掉大量的粮食。木质纤维素是地球上最丰富的而且是可再生的生物质,谷物秸秆、杂草、木屑、木桩和一些动物的固体粪便中都含有大量的木质纤维素,植物每年通过光合作用产生大量的木质纤维素,然而每年用于工业过程或燃烧的木质纤维素仅占所产生木质纤维素的极小比例。如果用高活性的木质纤维素酶将这些木质纤维素降解产生还原糖,再进一步发酵产生乙醇,不仅能够弥补石化燃料的不足,而且有助于保护生态环境,对解决人类的发展问题具有划时代的意义。

2.6 在造纸工业中的应用

木质纤维素酶在造纸业中也有着广泛的应用。研究表明,用复合纤维素酶处理可以改善磨木浆的滤水性能和强度,并在一定程度上提高浆的白度。用半纤维素酶和纤维素酶预处理马尾松未漂磨石磨木浆,在合适的预处理强度下,可以增强后续漆酶处理的作用,并明显改善纸浆可漂性能,使漂后纸浆具有更高的白度及更好的强度性能。

采用木聚糖酶处理可以促进纸浆中残余木质素的降解和溶解性木质素的抽除,从而可以减少后续漂白化学剂的用量,并提高纸浆的白度,保持良好的纤维性能。半纤维素酶可用于废纸脱墨、酶法漂白和改善纸浆性能。

3 前景展望

把地球上最丰富的可再生资源——木质纤维素降解后加以利用多年来一直是人们研究的热点,寻找高催化活性、低成本的木质纤维素酶则是这个领域的研究难题之一。细菌和真菌中都存在有复杂的木质纤维素酶水解系统,虽然其水解微晶纤维素的能力非常强,但是由于其复合物的分子量十分巨大,并且单个组份又不具有水解微晶纤维素的能力,所以人们试图从其他物种中寻找更符合工业应用以及更具有应用前景的木质纤维素酶。随着对木质纤维素酶研究的不断深入,以及生物化学、分子生物学、生物信息学以及基因工程等多种交叉学科的快速发展,不久的将来一定会获得适合工业生产的高比活力的木质纤维素酶。

参考文献

1:木质纤维素降解酶与生物炼制

2:酶工程

3:微生物酶转化技术

4:微生物酶及其应用

5:微生物酶

结晶纤维素降解酶的研究进展

结晶纤维素降解酶的研究进展 吴窈画,彭惠,邵蔚蓝!(南京师范大学微生物工程重点实验室,江苏南京 210097) 摘要纤维素的结晶区是纤维素酶降解纤维素效率不高的制约因素。在纤维素生物降解的基础上,从产结晶纤维素酶的微生物,酶的作用机理,酶的基因工程与蛋白工程,以及结晶纤维素酶的研究前景等方面对结晶纤维素的降解作了综合评述。 关键词结晶纤维素;降解酶;纤维小体 中图分类号@936文献标识码A文章编号0517-6611(2007)09-02532-03 Study on the Crystalline Cellulose-degrading Enzyme WU Yao-hua et al(The Key Laboratory of Microbioioy Engineering,Nanjing Normai University,Nanjing,Jiangsu210097) Abstract Despite its simpie chemicai composition,ceiiuiose exists in a number of crystaiiine and amorphous topoiogies.Its insoiubiiity and heterogeneity makes native ceiiuiose a recaicitrant substrate for enzymatic hydroiysis.On the basis of the hydroiysis of ceiiuiosic biomass,in this review the basic research on crystaiiine ceiiuiose-degrading enzyme was concerned.Main aviceiase-producing organisms were described.A mechanistic modei for the action of enzyme compiexes on the surface of insoiubie substrates,some opportunities of ceiiuiase improvement by means of gene and protein engineering and its biotechno-iogicai perspectives were discussed. Key words Crystaiiine ceiiuiose;Ceiiuioiytic enzyme;Ceiiuiosome 纤维素是地球上年产量巨大、可再生的一种自然资源,利用其进行生物转化提供有益物质,对于当前人类解决能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有极其重要的意义[1]。微生物及其产生的纤维素酶能够降解纤维素,一直是纤维素酶及其应用研究领域的主要热点[2]。 天然纤维素的彻底降解至少需要4种组分的参与:①纤维素结合结构域与底物的吸附与解吸附;②内切葡聚糖酶作用于纤维素的非结晶区,将长链纤维素分子截断,产生大量带非还原性末端的小分子;③外切葡聚糖酶作用于纤维素线状分子末端,水解p-1,4糖苷键,产生纤维二糖分子;④p-葡萄苷酶将纤维二糖分子水解成葡萄糖。由于天然纤维素链倾向于缠绕在一起,形成结晶状不溶性的刚性结构,导致生物降解的天然抗性[3]。目前大部分纤维素酶的研究常用底物是高水溶性的羧甲基纤维素钠(CMC-Na),这在一定程度上削弱了纤维素酶“分解纤维素”的意义。 近年来,国内外关于纤维素结构、纤维素酶作用于结晶纤维素表面的模式和降解纤维素的多酶复合体结构的研究有了很大进展。笔者在纤维素生物降解的基础上,对结晶纤维素降解的产酶微生物、酶的作用机理、酶的基因工程与蛋白工程,及其研究进展进行综述。 1纤维素的结晶结构及其分解菌 1.1纤维素的结晶结构纤维素是以纤维二糖为基本单位,由许多葡萄糖残基以p-1,4糖苷键连接而成的线性高分子结构,分子聚合度变化大,一般为8000~10000个葡萄糖残基。纤维素链通过氢键的缔合作用形成纤维束,分子密度大的区域成平行排列形成结晶区,分子密度小的区域分子间隙小,定向差,形成无定形区。无定形区易被单一的内切葡聚糖酶降解,而结晶区则需要多个酶组分之间的共同作用。 1.2结晶纤维素分解菌及其产生酶能够利用和分解纤维素的物种多,如微生物、植物及昆虫等。真菌、细菌、放线菌等在一定条件下均可产生纤维素酶,但结晶纤维素降解的研 基金项目江苏省高技术研究项目(BG20050326)。 作者简介吴窈画(1981-),女,安徽安庆人,硕士研究生,研究方向:微生物分子生物学。!通讯作者。 收稿日期2006-11-29 究多集中在一些嗜热菌和极端嗜热菌的高温转化上[4-5]。 结晶纤维素分解菌对结晶纤维素的降解可分为好氧降解和厌氧降解2大途径。好氧性细菌如纤维单胞菌(Cellu-lomonas)、褐色高温单胞菌(Thermomonospora)、欧文氏菌(Eri-winia)和假单胞菌(Pseudomonas)。有氧菌产单一酶系与好氧真菌产酶相似。酶系统研究最多的是C.fimi和T.fusca,其产生的胞外酶对结晶纤维素的作用远小于对CMC-Na的作用[6]。厌氧性细菌如芽孢梭菌属(Clostridium)和瘤胃球菌(Ruminococcus),对极端环境的耐受性好,可以产生高比活力的降解酶,这些酶常聚集形成多酶复合体的结构称为纤维小体(cellulosome),这种稳定的复杂酶系能较迅速地降解结晶纤维素[7-8]。在这方面对厌氧嗜热纤维素分解菌的研究最多。2纤维素降解酶的作用机理 2.1降解酶分子的结构大多数纤维素酶分子都具有类似结构即球状催化结构域(Cataiytic Domain,CD),连接桥(Link-er)和没有催化作用的纤维素结合域(Ceiiuiose Binding Do-main,CBD)3部分。CD主要体现酶的催化活性及对底物的特异性。内切葡聚糖酶的活性位点位于一个开放的裂口中,允许整条纤维素链进入,随机水解糖苷键;外切葡聚糖酶的活性中心位于一个环状通道中,只允许纤维素的末端逐步进入并将其水解。所有纤维素酶的CD都很大,占整个蛋白分子的70%,根据酶的序列分析发现CD是高度可变的[1]。 CBD又称为纤维素结合模块(Ceiiuiose Binding Moduie,CBM),通过结晶学和核磁共振等技术对各家族来源的CBD 结构研究表明,其功能是将相邻的CD呈递到纤维素底物上。 C.fimi的CenA或CenX单独的CBD不具备对底物的水解活力,但能破坏棉纤维形成短纤维,具有疏解结晶纤维素的能力,因此CBD对酶的催化活力是必需的,具有调节酶对可溶性和非可溶性底物专一性活力的作用[9]。 Linker是一段富含脯氨酸和羟基氨基酸,高度糖基化的连接肽,其作用可能是保持CD和CBD之间的距离;有助于同酶分子间形成较为稳定的聚集体。 2.2降解机制天然纤维素的微生物降解机制被普遍接受的是协同理论(Snergism)。目前已报道的有4种协同机制:①内切—外切协同,存在于内、外切葡聚糖酶之间;②外切—外 安徽农业科学,Journai of Anhui Agri.Sci.2007,35(9):2532-2534责任编辑孙红忠责任校对李菲菲

果胶酶在果蔬汁中的应用

果胶酶在果蔬汁中的应用 近年来酶制剂在果品加工中的应用非常广泛,所用的酶种类越来越多,数量越来越大,人类已开发出应用于果蔬汁中的酶类如果胶酶、纤维素酶、中性蛋白酶等,其中使用最多的是果胶酶。 果胶酶作为果蔬汁生产中的最重要的酶制剂之一,已被广泛应用于果蔬汁的提取和澄清、改善果蔬汁的可过滤性以及植物组织的提取。 果胶酶在果蔬汁生产中的作用有哪些呢? 1、果胶酶能提高果蔬汁的出汁率 果胶酶是应用于果蔬饮料生产中最主要的酶类,它能较大幅度地提高果蔬饮料的出汁率,改善其过滤速度和保证产品储存稳定性等。若添加果胶酶可降低汁液的粘稠度,提高出汁率,缩短加工时间,获得清澈的汁液。 2、果胶酶能使果蔬饮料澄清 果胶酶作用于果蔬汁时除了能降低粘度外还可产生絮凝作用,使果蔬汁澄清。澄清机理

的实质包括国脚的酶促水解和非酶的静电絮凝两部分。果汁中有很多物质如纤维素、蛋白质、淀粉、果胶物质等,影响澄清且果胶物质是造成果汁混浊的主要因素。在果汁的加工过程中添加果胶酶使果胶水解从而使果汁黏度降低过滤阻力减小,过滤速度加快;同时用于果汁中的悬浮果粒失去高分子果胶的保护,很容易发生沉降而使上层汁液清亮。 3、果胶酶能改善果蔬饮料的营养成分 利用果胶酶生产果蔬汁不仅提高了出汁率而且保留了果蔬汁的营养成分。首先果蔬汁的可溶性固形物含量明显提高,而这些可溶性固形物由可溶性蛋白质和多糖类物质等营养成分组成,果蔬汁中的胡萝卜素的保存率也明显提高。 4、果胶酶能改善浓缩果汁品质 果汁浓缩后不仅流动性差而且稳定性也差,因此果汁的浓缩液需先澄清和脱果胶,以避免浓缩时产生胶凝。果汁经酶处理去除果胶后,再浓缩所得浓缩汁有较好的流动性并且重新稀释后仍是稳定的,尤其适用于柑橘类浓缩汁的生产。 5.果胶酶还可用于果实脱皮——脱除剂净化果皮 含有纤维素和版纤维素的粗果胶酶制剂能够作用于果实皮层使之细胞分离、结构破坏而脱落。如柑橘囊衣、莲子肉皮和大蒜膜层经粗果胶酶处理后可以很快地脱落。此外果胶酶对杏仁也有一定的脱皮作用。 目前不同活性比例的果胶酶制剂已是降解果蔬细胞壁改善压榨性能、降低粘度、增加出汁率和提高营养成分不可省略的部分。随着酶技术的发展,果胶酶在果蔬汁中的应用前景会更加光明。

酶工程的应用及发展前景.

酶工程的应用及发展前景 生物技术一班 41208220 杨青青

酶工程的应用及发展前景 杨青青 (陕西师范大学生命科学学院生物技术专业1201班) 摘要:酶工程是现代生物技术的重要组成部分,它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动作用。本文概要介绍了酶工程的概念,酶工程在农产品加工、医药工业、食品工业、污染治理工业、蛋白质高值化加工等方面的应用以及探讨了在各个工业中的发展前景。 关键词:酶工程、应用、发展前景 一、酶工程的概念 酶是由生物体产生的具有催化活性的蛋白质,它能特定的促成某个化学反应而本身却不参加反应,且具有反应率高、反应条件温和、反应产物污染小、能耗低、反应容易控制等特点。这些特点比传统的化学反应具有较大的优越性。酶的应用不仅可以增强产量,提高质量,降低原材料和能源消耗,改善劳动条件,降低成本,而且可以生产出用其他方法难得到的产品,促进新产品、新技术和新工艺迅速发展。随着现代生物技术的兴起,酶工程技术应运而生,并在制药、食品工业和农产品加工显示出强大的生命力。酶工程就是利用酶催化作用,

通过适当的反应器工业化的生产人类所需的产品或是达到某一目的,它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。酶工程包括自然酶的开发和利用、固定化酶、固定化细胞、多酶反应器(生物反应器)、酶传感器等。 二、酶工程的应用以及发展前景 1、酶工程在农产品加工上的应用与前景 以前,人们认为氨基酸是人体吸收蛋白质的主要途径。随着研究的发现,蛋白质经消化道中的酶水解后,主要以小肽的形式被吸收,比完全游离的氨基酸更易吸收利用。这一发现启发了科研工作者采用酶工程技术用蛋白质生产生物活性肽的新思路。生物活性肽是蛋白质中20种天然氨基酸以不同排列组合方式构成的从二肽到复杂的线性或环形结构的不同肽类的总称,是源于蛋白质的多功能化合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能。主要是通过酶法降解蛋白质而制得。 目前已经从大豆蛋白、玉米蛋白、牛奶蛋白、水产蛋白的酶解物中制得一系列功能各异的生物活性肽。因为各类蛋白质存在的差异性,所以在生产活性肽方面有略微的不同。不论哪种方法,都会用到一定的酶类水解蛋白质。比如:文献报道采用中性蛋白酶、木瓜蛋白酶水解大豆蛋白,配合活性炭的吸附处理、超滤、真空浓缩和喷雾干

分解纤维素的微生物的分离习题

《分解纤维素的微生物的分离》 1.下列有关微生物培养与应用的说法正确的是( ) A.天然培养基是指直接取自自然界不需加工的培养基 B.接种前需对培养基、培养皿、接种环、实验操作者的双手等进行严格的灭菌处理 C.大肠杆菌的纯化培养过程包括培养基的配制和纯化大肠杆菌两个阶段 D.分离分解尿素的细菌时,尿素是培养基中唯一的氮源和碳源 2.微生物与人类生产、生活密切相关,下列相关说法不合理的是( ) A.土壤中的微生物能降解多种化合物,是大自然的清洁工 B.生活中许多发酵产品需要微生物,如酿醋需要的关键细菌是酵母菌 C.可利用能分解纤维素的微生物分解秸秆,并将其产物转化为乙醇 D.许多微生物也可导致人类患病 3.微生物(除病毒外)需要从外界吸收营养物质,并通过代谢来维持正常的生长和繁殖。下列有关微生物营养的说法正确的是( ) A.纤维素分解菌与硝化细菌所利用的碳源物质是相同的 B.许多微生物(如细菌、放线菌)为原核生物,不含线粒体,所以只进行无氧呼吸,为厌氧型生物 C.培养基中的营养物质浓度越高对微生物的生长越有利 D.生长因子通常是微生物生长必需的,而微生物本身合成这些物质的能力往往不足 4.苯酚是工业生产排放的有毒污染物质,自然界中存在着降解苯酚的微生物,某工厂产生的废水中含有苯酚,为了降解废水中的苯酚,研究人员从土壤中筛选获得了只能降解利用苯酚的细菌菌株,筛选的主要步骤如下图所示,①为土壤样品。下列相关叙述错误的是( ) A.使用平板划线法可以在⑥上获得单个菌落

B.如果要测定②中的活细菌数量,常采用稀释涂布平板法 C.图中②培养目的菌株的选择培养基中应加入苯酚作为碳源 D.微生物培养前,需对培养基和培养皿进行消毒处理 5.要将从土壤中提取的自生固氮菌与其他细菌分离开来,应将它们接种在( ) A.含五大类营养物质的培养基上B.加入某种指示剂的鉴别培养基上 C.含蛋白胨等营养物质的培养基上D.无氮的选择培养基上 6.下列关于分离纤维素分解菌的实验的叙述,错误的是( ) A.经选择培养后将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 B.选择培养这一步可省略,但培养纤维素分解菌少 C.经稀释培养后,用刚果红染色 D.对照组可用同样量的培养液涂布到不含纤维素的培养基上 7.鉴别培养基是根据微生物的代谢特点在培养基中加入一些物质配制而成的,这些物质是( ) A.指示剂或化学药品B.青霉素或琼脂C.高浓度食盐D.维生素或指示剂8.在加入刚果红的培养基中会出现透明圈,产生的透明圈是( ) A.刚果红与纤维素形成的复合物B.刚果红与纤维二糖形成的复合物 C.纤维素分解后形成的葡萄糖导致的D.以纤维素分解菌为中心形成的 9.在分离分解纤维素的微生物实验中,下列关于土壤取样的叙述,不正确的是( ) A.可选取深层的土壤作为样品 B.可选取树林中多年落叶的腐殖土作为样品 C.可选取树林中多年积累的枯枝败叶作为样品 D.可把滤纸埋在土壤中经过30 d左右,再选取已腐烂的滤纸作为样品 10.下列有关纤维素分解菌分离实验的说法中,不正确的是( ) A.通常采用刚果红染色法筛选纤维素分解菌

半纤维素酶降解机制

纤维素酶(cellulase牘是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称,它不是单成分酶,而是由多个酶起协同作用的多酶体系。人们已对纤维素酶的作用机制及工业化应用等方面进行了大量的研究,为纤维素酶的生产和应用打下了良好的基础。其在扩大食品工业原料和植物原料的综合利用,提高原料利用率,净化环境和开辟新能源等方面具有十分重要的意义。 纤维素酶的来源 纤维素酶的来源非常广泛,昆虫、微生物、细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。由于放线菌的纤维素酶产量极低,所以研究很少。细菌产量也不高,主要是葡萄糖内切酶,但大多数对结晶纤维素没有活性,并且所产生的酶是胞内酶或吸附在菌壁上,很少能分泌到细胞外,增加了提取纯化的难度,在工业上很少应用。目前,用于生产纤维素酶的微生物菌种较多的是丝真菌,其中酶活力较强的菌种为木霉属(Trichoderma)、曲霉属(As pergillus)和青霉属(Penicillium)牞特别是绿色木霉(Trichoder mavirde)及其近缘菌株等较为典型,是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。现已制成制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉等纤维素酶。同时,反刍动物依靠瘤胃微生物可消化纤维素,因此可以利用瘤胃液获得纤维酶的粗酶制剂。另外,也可利用组织培养法获得所需要的微生物。 纤维素酶的生产方法 目前,纤维素酶的生产主要有固体发酵和液体发酵两种方法。 固体发酵法固体发酵法是以玉米等农作物秸秆为主要原料,其投资少,工艺简单,产品价格低廉,目前国内绝大部分纤维素生产厂家均采用该技术生产纤维素酶。然而固体发酵法存在根本上的缺陷,以秸秆为原料的固体发酵法生产的纤维素酶很难提取、精制。目前,我国纤维素酶生产厂家只能采用直接干燥法粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂,其产品外观粗糙且质量不稳定,发酵水平不稳定,生产效率较低,易污染杂菌,不适于大规模生产。 液体发酵法液体发酵生产工艺过程是将玉米秸秆粉碎至20目以下进行灭菌处理,然后送发酵釜内发酵,同时加入纤维素酶菌种,发酵时间约为70h,温度低于60℃。采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌,发酵完毕后的物料经压滤机板框过滤、超滤浓缩和喷雾干燥后制得纤维素酶产品。液态深层发酵由于具有培养条件容易控制,不易染杂菌,生产效率高等优点,已成为国内外重要的研究和开发方向。 纤维素酶的应用 制酒在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出酒率和原料的利用率,降低溶液的黏度,缩短发酵时间,而且酒的口感醇香,杂醇油含量低。纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面:一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用;另外,由于纤维素酶对植物细胞壁的分解,有利于淀粉的释放和被利用。 将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中可增加麦粒溶解性,加快发芽,减少糖化液中单一葡萄糖含量,改进过滤性能,有利于酒精蒸馏。 酱油酿造在酱油的酿造过程中添加纤维素酶、可使大豆类原料的细胞膜膨胀软化破坏,使包藏在细胞中的蛋白质和碳水化合物释放,这样既可提高酱油浓度,改善酱油质量,又可缩短生产周期,提高生产率,并且使其各项主要指标提高3%。 饮料加工日本有专利报道,用纤维素酶处理豆腐渣后接入乳酸菌进行发酵,可制得营养、品味俱佳的发酵饮料。将纤维素酶应用于果蔬榨汁、花粉饮料中,可提高汁液的提取率(约10%)和促进汁液澄清,使汁液透明,不沉淀,提高可溶性固形物的含量,并可将果皮综合利用。目前,有报道已成功地将柑橘皮渣酶解制取全果饮料,其中的粗纤维有50%降解为短链低聚糖,即全果饮料中的膳食纤维,具有一定的保健医疗价值。 纤维废渣的回收利用应用纤维素酶或微生物把农副产品和城市废料中的纤维转化成葡萄糖、酒精和单细胞蛋白质等,这对于开辟食品工业原料来源,提供新能源和变废为宝具有

纤维素酶的介绍

纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用 纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用 纤维素酶(cellulase)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称,它不是单成分酶,而是由多个酶起协同作用的多酶体系。 纤维素酶在扩大食品工业原料和植物原料的综合利用,提高原料利用率,净化环境和开辟新能源等方面具有十分重要的意义。 纤维素酶的来源 纤维素酶的来源非常广泛,昆虫、微生物、细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。 目前,用于生产纤维素酶的微生物菌种较多的是丝真菌,其中酶活力较强的菌种为木霉属(Trichoderma)、曲霉属(As pergillus)和青霉属(Penicillium),特别是绿色木霉(Trichoder mavirde)及其近缘菌株等较为典型,是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。 现已制成制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉等纤维素酶。同时,反刍动物依靠瘤胃微生物可消化纤维素,因此可以利用瘤胃液获得纤维酶的粗酶制剂。另外,也可利用组织培养法获得所需要的微生物。 纤维素酶的生产方法 目前,纤维素酶的生产主要有固体发酵和液体发酵两种方法。 固体发酵法固体发酵法是以玉米等农作物秸秆为主要原料,其投资少,工艺简单,产品价格低廉,目前国内绝大部分纤维素生产

厂家均采用该技术生产纤维素酶。然而固体发酵法存在根本上的缺陷,以秸秆为原料的固体发酵法生产的纤维素酶很难提取、精制。目前,我国纤维素酶生产厂家只能采用直接干燥法粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂,其产品外观粗糙且质量不稳定,发酵水平不稳定,生产效率较低,易污染杂菌,不适于大规模生产。 液体发酵法液体发酵生产工艺过程是将玉米秸秆粉碎至20目以下进行灭菌处理,然后送发酵釜内发酵,同时加入纤维素酶菌种,发酵时间约为70h,温度低于60℃。采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌,发酵完毕后的物料经压滤机板框过滤、超滤浓缩和喷雾干燥后制得纤维素酶产品。液态深层发酵由于具有培养条件容易控制,不易染杂菌,生产效率高等优点,已成为国内外重要的研究和开发方向。 纤维素酶的应用 制酒 在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出 酒率和原料的利用率,降低溶液的黏度,缩短发酵时间,而且酒的口感醇香,杂醇油含量低。纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面:一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用;另外,由于纤维素酶对植物细胞壁的分解,有利于淀粉的释放和被利用。 将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中可增加麦粒溶解性,

纤维素降解细菌的筛选及其培养基的优化

纤维素降解细菌的筛选及其培养基的优化自然界中能够降解和利用纤维素的微生物种类繁多,真菌、细菌、放线菌以及部分酵母菌等很多主要的微生物类群中都有,但长久以来人们一直以产酸性胞外纤维索酶的木霉、曲霉等真菌作为主要的研究对象。近年来,随着纤维素酶在洗涤剂、棉织品水洗抛光整理和制浆造纸等行业上的应用和发展,使得由细菌产生的中性以及碱性纤维素酶得到广泛重视,尤其是细菌产生的胞外纤维素酶拥有简化发酵工艺,节约资源的优势,正逐步显示出它良好的使用性能和巨大的工业价值。 1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 土壤样品 采集造纸厂排水处附近中性偏碱性土壤。 1.1.2 培养基 (1)筛选培养基A:蛋白胨10 g,羧甲基纤维素钠10 g,NaC1 5 g,磷酸二氢钾1 g,琼脂18 g,水1 000 ml,pH值调至8。 筛选培养基B:磷酸二氢钾2 g,硫酸铵 1.4 g,硫酸镁 0.3 g,氯化钙 0.3 g,CMC 20 g,琼脂18 g,水1 000 ml,pH值调至8。 (2)斜面培养基:牛肉膏3 g,蛋白胨10 g,NaC1 5 g,琼脂15~20 g,水1 000 ml,pH值7。 (3)种子培养基:蛋白胨10 g,酵母膏5 g,NaC1 10 g,水1 000 ml,pH值7。 (4)基础培养基:羧甲基纤维素钠10 g,蛋白胨10 g,磷酸二氢钾1 g,硫酸镁 0.2 g,NaC1 10 g水1 000 ml,pH值7。 1.2 方法 1.2.1 刚果红染色鉴定法 1.2.2 粗酶液制备方法 将发酵液于4 500 r/rain离心15 rain,取其上清液收集保存。 1.2.3 酶活测定方法 0.5 的粗酶液加入1.5 用柠檬酸缓冲液配制的0.51%的CMC.Na溶液,50℃作用15 min,加入DNS 1.5 沸水浴5 rain,540 nm测光吸收,酶活力定义为每1 h 产生1 g还原糖所需的酶量为一个纤维素酶活力单位用1 U/ml表示。 2.3 培养基的优化 2.3.1 最佳碳源的确定 改变基础培养基中碳源的种类和浓度,培养后测定酶活力。 2.3.2 最佳氮源的确定 改变基础培养基中氮源的种类和浓度,培养后测定酶活力。 2.3.3 最优培养基的确定 考虑到细菌的产酶除了碳源、氮源外,钾、镁、钠等无机离子对其也有影响,综合上述单项试 验结果,选用麸皮作为碳源(A),蛋白胨作为氮源(B),磷酸二氢钾(C),硫酸镁 (D),NaC1(E)作为无机盐进行L (45 )正交试验。 16 因素水平表

果胶酶在果蔬汁中的应用

新疆农业大学 专业文献综述 题目: 果胶酶在果蔬汁中的应用姓名: 韦奇才 学院: 食品科学与药学院 专业: 食品科学与工程 班级: 082班 学号: 084031266 2010年12 月28 日 新疆农业大学

摘要:果胶酶普遍存在于细菌、真菌和植物中是分解果胶类物质的酶的总称,在果蔬加工、纺织和造纸工业中应用非常广泛,果胶酶在果蔬饮料中的应用也非常广泛。本文综合介绍了果胶的组成和结构论述了果胶酶的分类、作用机制及酶活性测定方法,讨论了果胶酶在果蔬汁的出汁率、澄清、超滤等方面的应用,并对果胶酶在果蔬饮料加工中的应用等方面进行综述。 关键词:果胶酶果蔬汁出汁率澄清超滤营养成分 前言 随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,果品成了人类健康不可缺少的营养物质。虽然我国有丰富的果品资源,然而因果品本身营养丰富含水量高,很容易受微生物污染故保存期比较短。为了充分利用资源优势提高我国农产品在国际市场上的竞争能力,必须大力发展果品加工业。但是目前果品加工中存在着不少难题例如果汁和果酒的澄清果实的脱皮、加工过程中香气成分和营养物质的损耗等。解决这些难题仅仅靠改进加工工艺或增加设备投资是很难实现的。而目前有许多难题已经通过酶工程的应用得到了很好的解决。 近年来酶工程在果品加工中的应用非常广泛,所用的酶种类越来越多,数量也越来越大,人类已开发出应用于果蔬汁中的酶类如果胶酶、果胶酯酶、纤维素酶、鼠李糖苷酶、中性蛋白酶、半乳甘露聚糖酶、液化葡萄糖苷酶等,其中使用最多的是果胶酶。 1 果胶酶 国外对果胶酶的研究始于20世纪30年待至50年代已工业化生产,而国内的研究则始于80年代末才开始工业化生产。随着我国水果种植和水果加工业的发展,对果胶酶的开发和应用也迅速发展。在果汁生产过程中果胶酶可以快速彻底地脱除果胶,降低果汁黏度利于果汁过滤澄清滤液且澄清度稳定;减少化学澄清剂的用量改善果汁质量;果胶酶利于压榨可以有效地提高水果的出汁率,在沉降、过滤、离心分离过程中改善果汁的过滤效率,利于沉淀分离,加速和增强果汁的澄清作用。经果胶酶处理的果汁稳定性好,可防止存放过程中产生浑浊,沉淀和絮凝现象。 1.1 果胶酶的定义 果胶酶是指能够分解果胶物质的酶的总称,是果汁生产中最重要的酶制剂之一,已被广泛应用于果汁的提取和澄清、改善果汁的质量以及植物组织的浸渍和提取。 1.2 果胶酶的分类及作用机制 果胶酶可以分为3类:原果胶酶、解聚酶和果胶酯酶(PE)。

酶工程的发展状况及其应用前景

酶工程的发展状况及其应用前景 摘要:酶在现代生物生产中扮演着重要角色,酶作为一种生物催化剂,因其催化作用具有高度专一性、催化条件温和、无污染等特点,以及酶工程不断的技术性突破,使得酶在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。 关键词:酶工程生物催化剂酶的固定 正文: 随着酶生产的不断发展,酶的应用越来越广泛。现在,酶工程已在医药、食品工业、农业、饲料、环保、能源、科研等领域广泛应用。成为基因工程、细胞工程、蛋白质工程等新技术领域的科学研究和技术开发中不可取代的工具。 一、酶工程的发展及应用现状 (一)国内外酶制剂的发展现状 BCC最新研究报告显示,未来4年全球工业酶制剂市场价值将以%的复合年增长率继续增长,由2011年的39亿美元增加至2016年的约61亿美元。该报告将工业酶市场细分成3个部分:生物酶、食品和饮料酶以及其他酶制剂。2011年生物酶的市场价值达12亿美元,预计还将以%的复合年增长率继续增长,2016年达17亿美元。2011年食品和饮料活性酶的市场价值接近13亿美元,未来4年还将以%的年均复合增长率增长,预计2016年达21亿美元。2011年其他酶制剂的市场价值为15亿美元,预计还将以%的复合年增长率增长,到2016年市场价值将达到22亿美元①。 我国酶制剂工业面经过近几十年的发展,初步具有一定的规模,取得了很大的进步。但是,国外酶制剂公司仍然处于绝对的领先地位,特别是一些比较出色的公司,例如,诺和诺德公司(Novo Nordisk)、丹尼斯克公司(Danisco)等②。 (二)酶工程的应用现状 一、酶工程技术在医药工业中的应用 1、酶的固定化技术 酶的固定化(enzyme immobilization)是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrierorsupport),将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中,使其仍具有催化活性,并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。不使用固体材料作为载体,通过酶分子之间的相互交联形成聚集体,也可将酶固定化,称为无载体酶固定化。由于酶的蛋白质属性,进人人体后产生免疫反应,因稀释效应,而无法集中于靶器官组织,常不能保持最适合的治疗浓度,而固定化酶则很好的克服了游离酶的这些缺点,应用于治疗镁缺乏症、代谢异常症及制造人工内脏方面,如固定化L-天冬酰胺酶用于治疗白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在纳米微带金电极上可用于活体检测的微生物传感器③。 固定化酶技术可用于治疗一些代谢障碍疾病。已知人类关于新陈代谢的疾病已过120余种,很多病因归结为人体缺乏某种酶的活性,一种可能的治疗方法就是通过某种方式给病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有:①将固定化酶用于体内作为治疗药物;②将固定化酶组装成体外生物反应器,通过体外循环作为临床治疗剂。将固定化酶用于临床诊断的例子很多,如各种酶测试盒层出不穷,采用固定化酶柱反应器的FIA(流动注射法)可用于临床诊断检测尿酸、葡萄糖、氨、尿素、胆甾醇、谷氨酸、乳酸、无机磷等。 2、酶催化技术 主要介绍非水相介质中的酶催化,传统的酶催化反应主要在水相中进行,但自1987年Kilibanov等。用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手性的醇、脂和酰胺以来,对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加,特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系:①水与有机溶剂的互溶均相体系;②水与有机溶剂形

纤维素降解菌

那些是植物结构多糖,是细胞壁的主要成分。通过对降解纤维素微生物发生的分析。可知具有降解纤维素能力的微生物分布在细菌、放线菌、和真菌的许多菌属中,其中真菌被认为是自然界中有机质特别是纤维素物质的主要降解者、 降解纤维素微生物种类 木质素的存在 木质素(lignin )与纤维素及半纤维素共同形成植物体骨架,是自然界中在 数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料,据估计全世界每年可产生600 万亿吨[18] 。木质素是植物的主要成分之一,它是植物细胞胞间层和初生壁的主 要填充物,其产量是仅次于纤维素的最为丰富的有机物,通常在木质细胞中占 15%~30%。从化学结构看[19],针叶树的木质素主要由松柏醇的脱氢聚合物构成 愈创木基木质素;阔叶树的木质素由松柏醇和芥子醇的脱氢聚合物构成愈创木 基紫丁香基木质素;而草本植物则是由松柏醇、芥子醇和对香豆醇的脱氢聚合 物和对香豆酸组成因而使木质素成为结构复杂、稳定、多样的生物大分子物。 木质素依靠化学键与半纤维素连接,包裹在纤维之外,形成纤维素。植物组织 由于木质素存在而有了强度和硬度。 在生活生产中,大部分的木质素被直接排放,不仅浪费了这种宝贵的资源,

还对周围环境产生巨大影响,因此研究木质素的降解和利用越来越成为热门的 课题。 绿色植物占地球陆地生物量的95% ,其化学物质组成主要是木质素、纤维素和半纤维素,它们占植物 [] 干重的比率分别为15%~20%,45%和20% 农作物秸杆是这类生物质资源的重要组成部分,全世界年 产量为20 多亿吨,而我国为 5 亿多吨但是,要充分、有效地利用这类资源却相当困难,这是由于秸秆产量 ! B ' 随季节变化,且量大、低值、体积大、不便运输,大多数动物都不能消化其木质纤维素,自然降解过程又极其 缓慢,导致大部分秸秆以堆积、荒烧等形式直接倾入环境,造成极大的环境污染和浪费' 存在于秸秆中的非水溶性木质纤维素很难被酸和酶水解,主要是因纤维素的结晶度、聚合度以及环绕 着纤维素与半纤维素缔合的木质素鞘所致'木质素与半纤维素以共价键形式结合,将纤维素分子包埋在其 中,形成一种天然屏障,使酶不易与纤维素分子接触,而木质素的非水溶性、化学结构的复杂性,导致了秸 秆的难降解性'所以,要彻底降解纤维素,必须首先解决木质素的降解问题'因此,秸秆利

【人教版】生物选修一:2.3分解纤维素的微生物的分离教案设计

专题2 微生物的培养与应用 课题2.3 分解纤维素的微生物的分离 一、【课题目标】 (一)知识与技能 简述纤维素酶的种类及作用,从土壤中分离出分解纤维素的微生物;掌握从土壤中分离某种特定微生物的操作技术 (二)过程与方法 分析分离分解纤维素的微生物的实验流程,弄懂实验操作的原理 (三)情感、态度与价值观 领悟科学探究的方法,发展科学思维和创新能力 二、【课题重点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物 三、【课题难点】 从土壤中分离分解纤维素的微生物 四、【教学方法】 启发式教学 五、【教学工具】 多媒体课件 六、【教学过程】 (一)引入新课 上节课我们探讨学习了土壤中尿素分解菌的分离与计数,这节课我们以纤维素分解菌的分离与纯化为例,巩固加深对这方面技术的理解和掌握。 (二)进行新课 1.基础知识 活动1:阅读“纤维素与纤维素酶”,回答下列问题: 1.1纤维素是一种由葡萄糖首尾相连而成的高分子化合物,是含量最丰富的多糖类物质。纤维素能被土壤中某些微生物分解利用,这是因为它们能够产生纤维素酶。 延伸:草食性动物是怎样消化食物中纤维素的?肠胃中的共生物生物。 1.2棉花是自然界中纤维素含量最高的天然产物。纤维素的分解需要在纤维素酶的催化作用下完成,请完成下列过程: 〖思考1〗实验分析:P27的小实验是如何构成对照的? 在一支试管中添加纤维素酶,另一支试管不添加纤维素酶;尽管醋酸-醋酸钠缓冲液用量不同,但都能维持相同的pH。 〖思考2〗1个酶活力单位是指在温度为 25 ℃,其它反应条件最适宜情况下,在 1 min内转化 1mmol 的底物所需要的酶量。 活动2:阅读“纤维素分解菌的筛选”,回答下列问题: 1.3筛选纤维素分解菌的方法是刚果红染色法。该方法可以通过颜色反应直接筛选。 2.4其原理是:刚果红可以与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,红色复合物无法形成,出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。 2.实验设计 活动3:完成实验方案流程图,讨论回答问题:

纤维素降解菌研究概况及发展趋势

纤维素降解菌研究概况及发展趋势 赵斌 (山东农业大学生命科学学院 2010级生物工程三班) 摘要 纤维素是地球上最丰富的可再生有机资源,因为难分解大部分未被人类利用。另外,纤维素是造纸废水的COD和SS的主要来源之一。分解纤维素并将其转化成动物易吸收或利用的能源、食物、饲料或化工原料,是纤维素合理应用的重要途径。筛选高效纤维素分解菌,确定其酶学性质是降解纤维素的关键。 关键词:微生物;纤维素;降解;纤维素酶 Abstract Cellulose is the earth's most abundant renewable organic resources, because the majority is not difficult to break down human use. In addition, the cellulose is one of the main sources of the papermaking wastewater COD and SS. Into the animal's susceptibility to absorption or utilization of energy, food, feed or chemical raw materials decompose cellulose and cellulose reasonable application. Screening cellulolytic to determine the nature of its enzymatic degradation of cellulose. 纤维素是地球上最丰富、来源最广泛的碳水化合物,同时也是地球上最大的可再生资源,占地球生物量的约50%[1]。纤维素分子本身的致密结构以及由木质素和半纤维素形成的保护层造成纤维素不容易降解而难以被充分利用或被大多数微生物直接作为碳源物质而转化利用。中国每年仅农业生产中形成的农作物残渣(稻草、秸秆等)就约有7亿吨, 工业生产中还有数百万吨的纤维素废弃物, 但都没有得到充分利用,相当大的一部分被废弃、焚烧, 不仅严重污染环境,同时也浪费了可利用的有用资源和能源。另外,纤维素是造纸废水的COD和SS的主要来源之一,造纸废水中含有大量的纤维素,造纸黑液难以处理,严重污染水环境[2]。 因此有效的开发利用纤维素资源已是目前的一个研究热点,分解纤维素并将其转化成动物易吸收或利用的能源、食物、饲料或化工原料,是纤维素合理应用的重要途径[1]。目前纤维素降解主要是酸解、酶解和微生物降解,无论是酶解还是微生物降解都离不开高效纤维素降解菌株。微生物对纤维素的降解与转化不仅是自然界中碳素转化的主要环节,也是土壤微生物能量代谢的主要来源。纤维素的分解主要依靠微生物产生的胞外酶完成,纤维素酶是水解纤维素生成纤维二糖及葡萄糖的一类酶的总称[3]。 一、纤维素降解菌的研究现状 1.1纤维素的结构及微生物降解过程

半纤维素提取技术及综合利用研究进展

?论文与综述? 半纤维素提取技术及综合利用研究进展 张伯坤,张美云,李金宝 (陕西科技大学,陕西西安710021) [摘 要] 半纤维素是生物质的重要组成成分,综合利用潜力大,可以将其转化为高附加值、多元化的 产品。概述了半纤维素的提取技术及其综合利用研究进展,同时提出了对其综合利用的难点和解决建议。 [关键词] 半纤维素;生物质;综合利用 随着我国经济的持续快速发展,对能源的需求也日益增加,而石油和天然气等常规能源的储量已日益减少,并且在其利用的过程中造成了严重的环境污染,寻找新的替代能源成为21世纪最为紧迫的任务[1]。目前,我国在大力地开发生物质资源,而鉴于造纸工业的特点,可以将造纸工业与生物质精炼结合起来,这样做无疑可以使造纸企业得到多赢。例如:在传统的碱法制浆过程中,占木材原料质量约20%的半纤维素会溶解而进入制浆黑液,这些黑液 通常是通过碱回收系统被燃烧发电等。但其中半纤 维素的热值比较低,如果将这些半纤维素转化为新的生物质产品如乙醇、聚合物等,则可以大大提高其附加值[2]。因此,在制浆造纸工业中可采取蒸煮之前预抽提的方式,将预抽提出来的半纤维素通过多种方式进行综合利用。1 半纤维素提取 传统化学法制浆一般是直接处理原料,原料中的生物质尤其是半纤维素大部分进入制浆废液而被浪费掉,忽略了半纤维素作为生物质资源的潜在价值。例如:半纤维素可以通过水解发酵生产燃料乙醇,也可以用作造纸助剂等。因此,可以考虑在制浆工段之前采用条件比较温和的预处理方法分离出纤维原料中的一部分半纤维素,然后将此半纤维素水解发酵制得乙醇或直接提取乙酸等化学品。尽管人们研究了多种预处理的方法,如生物法、化学法、物理法等,但是预处理的研究还有待进一步加强,因为现在的预处理方法成本缺乏优势,与化工燃料相比, 收稿日期:2009-04-09基金项目:陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项(2008ZD KG -43)资助项目。 优势不明显1.1 高温液态水预处理提取半纤维素 热抽提半纤维素的方法主要有两种,分别是微波辐射法和水蒸汽法。Alexandra [3]等人研究了从大麦壳中抽提水溶性的半纤维素,研究表明,相对其他抽提方法而言,水蒸气抽提更具有潜力,因为水蒸气抽提工艺条件温和,使用化学品减少,从而降低了对环境的影响。相比碱法而言,这种抽提方法的优势在于,半纤维素的破坏程度小,无论是低聚阿拉伯基木聚糖,还是多聚阿拉伯基木聚糖,其乙酰基团没有受到破坏,从而保证了半纤维素的多种用途,比如通过化学改性,增加半纤维素的疏水性,开发新材料。Alexandra [4]等研究了在微波条件下用高温液态水提取半纤维素,研究发现提高温度可以提高半纤维素的提取率,但同时多聚糖的分子量变小,半纤维素受到破坏程度提高。1.2 弱酸或弱碱提取半纤维素 半纤维素在酸性条件下容易降解,但是在弱酸介质条件下,只要控制好酸解温度、时间和浓度,不仅大部分半纤维素可以抽提出来,而且纤维素受到的影响不大,这为半纤维素的综合利用创造了有利条件。如在温和的温度条件下,Charles [5]等人用稀硫酸(约0.5%~1.0%)有效地从玉米秆中抽提出并回收大部分半纤维素,回收的形式为可溶的糖类,如果采用氨水来控制预处理液的p H ,同时加入少量Ca (O H )2,预处理效果更好,并且预处理条件也会更加温和。与上面的高温液态水处理相比,稀酸预处理提高了半纤维素的得率,但预处理的成本增加。曹邦威[6]等在对制浆造纸产业模式转变的思考中提出:在制浆前先从木片中抽提出半纤维素,再转化成乙醇和糖基聚合物。在碱法制浆前,先用温度 — 21— 2009年 第3期 《黑 龙 江 造 纸》

酶制剂在工业上的应用现状与展望

《酶工程》课程论文 学院:材料与化工学院 专业班级:2011级生物工程(2)班 姓名:李丹丹 学号:20110412310047 评阅意见 评阅成绩 评阅教师: 2014年6月12日

酶制剂在工业上的应用现状与展望 姓名:李丹丹 学院和专业:材料与化工生物工程2班 摘要:酶制剂是一类特殊的食品添加剂,具有催化高效性,专一性等显著特点。文章综述了食品工业中酶制剂利用及新动向,包括淀粉糖、油脂、蛋白质加工、面包、啤酒、饮料工业以及改善苦味的酶类的应用。并介绍了酶与食品的关系、酶制剂在食品生产中用于保藏、改善质量和增加营养价值、增加品种种类、提高便捷性和提高食品生产效率等作用,还介绍了酶制剂在饲料中的应用。并对酶制剂在食品工业中和在动物饲料方面的发展方向进行展望。关键词:酶制剂食品工业饲料工业应用 1.酶制剂的简介 酶是一类具有专一性生物催化能力的蛋白质。而从生物体中提取的具有酶活力的制品,称为酶制剂。酶制剂主要用于食品加工和制造业方面,它在对提高食品生产效率和产量、改进产品风味和质量等方面有着其它催化剂所无法替代的作用。另外,酶制剂在日化、纺织、环境保护和饲料等行业也有着较广泛的应用。随着发酵工业的发展,酶制剂的主要来源已被微生物所取代,它具有不受季节、地区和数量等因素影响的特性,还具有种类多、繁殖快、质量稳定和成本低等特点。随着微生物育种技术的发展,酶制剂的种类越来越多,分类也越来越细。目前我国已工业化生产的、且用于食品工业的酶制剂主要有:淀粉酶、异淀粉酶、果胶酶和蛋白酶等,它们在食品加工中都起着十分重要的作用。当然,尽管目前我国酶制剂行业的发展已有了长足进步,但与发达国家相比,还有很大差距。为进一步加快酶制剂产业技术的进步,今后应注重在调整产品结构、增加新品种、提高产品质量和竞争力、实现规模化经营和拓宽应用领域等方面作深入的研究。 2.酶制剂在食品工业中的应用 利用淀粉酶可以将淀粉水解为葡萄糖或不同DE值的淀粉糖浆,再经过葡萄糖异构酶的作用产生果葡糖浆;果胶酶用于果汁的加工和澄清,可提高果酒的得率,改善澄清效果,加快过滤速度;乳糖酶可分解牛奶中的乳糖,提高人体对牛奶的消化性;脂肪酸可改进食品风味;蛋白酶可用于蛋白胨和氨基酸混合液的制造,生产糖果使用的蛋白发泡剂,用在面包、糕点和通心粉的生产上可缩短揉面时间、增强面团延伸性和改进产品质量,用在肉类加工上可嫩化肉类、软化肠衣和提高质量,用在乳酪制造上可缩短生产时间等。 2.1用于保藏 溶酶菌现已广泛地被用作水产品、肉食品、蛋糕、酒精、料酒、饮料以及日用化妆品的防腐剂。由于食品中的羟基和酸会影响溶酶菌的活性,因此,它一般与酒、植酸、甘氨酸等物质配合使用。目前与甘氨酸配合食使用的溶酶菌制剂,应用于面食、水产、熟食及冰淇淋等食品的防腐。在低度酒中添加20mg/kg的溶酶菌不仅对酒的风味无任何不良影响,还可防止产酸菌的生产,同时受酒类澄清剂的影响很小,是低度酒类较好的防腐剂,如日本就把溶酶菌用于清酒的防腐。 乳制品保险牛乳中含有13mg/dl的溶酶菌,在人乳中含量为40mg/ml。在鲜乳或奶粉中加入一定量溶酶菌,不但可起到防腐作用,而且还有强化作用,能增进婴儿健康。 将各种肉类和水产熟制品(如鱼丸、香肠及红肠等),用含1%明胶和0.05%溶酶菌的混合液浸渍后再包装保存,可延长其保质期。各类糕点特别是奶油蛋糕是容易腐败变质的食品,在制作过程中加入溶酶菌就具有一定的防腐、保鲜作用。此外,溶酶菌还可应用于pH值为6.0~7.5的饮料的防腐。 海产品及水产品如虾、鱼和蛤蜊等在含甘氨酸、溶酶菌和食盐的溶液中浸渍5min后,沥干,在5℃下保存9d后,无异味、无色泽变化。 3.2提高食品质量和增加营养价值

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