纤维素酶发酵
纤维素酶的发酵生产实验报告
实验二、黑曲霉发酵生产纤维素酶大实验一、实验目的1、了解纤维素酶的生产工艺和原理2、掌握液体发酵和固体发酵工艺3、学会DNS法测定还原糖含量的方法和原理二、实验原理纤维素酶可以用于一切含纤维素的生物质的降解，具有广阔的应用前景。
高产纤维素酶的微生物主要有木霉属、曲霉属、根霉属，黑曲霉所产的纤维素酶中β-葡萄糖苷酶活力高，能避免酶解产物纤维二糖的阻遏作用，而且安全无毒，故而成为生产纤维素酶的主要菌种之一。
纤维素酶是诱导酶，故发酵生产时需有纤维素物质作诱导剂。
以羧甲基纤维素钠作底物，用发酵所得纤维素酶对底物进行酶解，测定酶解液中的还原糖含量（以葡萄糖计），可以计算酶活力高低。
还原糖与DNS反应形成棕色物质，颜色深浅与糖含量成正比。
三、材料与试剂配制1、生产菌种：黑曲霉2、斜面（活化）培养基：酵母膏0.4%，蛋白胨0.6%，可溶性淀粉1%，葡萄糖0.9%，马玲薯浸出液7%，琼脂2%，陈海水（或人工海水）配制，pH7.0-7.4。
3、人工海水：NaCl = 24 g/L ;MgSO4·7H2O = 7.0 g/L ;NH4NO3= 1 g/L ;KCl = 0.7 g/L ; NaH2PO4= 2.0 g/ L ;Na2HPO4=3.0 g/ L ,pH7.4。
4、微量元素液：FeSO4·7H2O 5.0mg/L，MnSO4·H2O 1.6mg/L，ZnSO4·7H2O 1.4mg/L，CoCl22.0mg/L，加蒸馏水200ml使之溶解。
5、液体发酵产酶培养基：麸皮作碳源3 g，氯化铵或硫酸铵作无机氮源1 g，蛋白胨0.05g作有机氮源，人工海水100 ml（含1%微量元素液），自然pH值。
6、固体发酵产酶培养基：麸皮：稻草粉=2：1作碳源5 g，人工海水12 ml（含1%微量元素液，1%氯化铵或硫酸铵，0.05%蛋白胨），自然pH值。
7、6% DNS试剂：称取酒石酸钾钠182g溶于500ml水中，加热溶解，于热溶液中依次加入3,5-二硝基水杨酸6g，20.8gNaOH,5g苯酚，5g无水亚硫酸钠，加热搅拌溶解，冷却后定容至1000ml。
一株里氏木霉产纤维素酶发酵条件的研究
酶活力(U/ml)
140
Cx
C1Cx
120
C1
100
80
60
40
20
0 60
80 100 120 140 160 培养时间(h)
图 1 培养时间对产酶的影响 Effects of fermentation time on cellulase production
从图 1 可以看出，Cx 酶活力高于 C1 酶活力，培养 初期酶活力随着培养时间的延长而增强，Cx 酶在 96h 时 达到最大值，C1 酶在 120h 达到最大值，发酵后期它们 的活力逐渐降低。 2.2 麸皮含量对产酶的影响
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食品科学
※生物工程
1.2.1 酶底物反应液 1% 羧甲基纤维素钠(CMC-Na)醋酸缓冲液(pH4.8)，
0.5% 微晶纤维素(MCC)- 醋酸缓冲液(pH4.8)，1% 水杨素 醋酸缓冲溶液(pH4.8)。
1.2.2 DNS 试剂配制 溶液 A，溶解 6.9g 结晶酚于 15.2ml 10% NaOH 中，
通过测定发现[13]，每升麸皮培养基含还原糖 4.67g、 总氮 2.17g、蛋白质 0.26g、灰分 0.76g, 表明麸皮培养基 中含有微生物生长所需要的碳源、氮源、多种矿物质 等营养物质，碳氮比协调。表 1 为摇瓶中不同的麸皮 添加量对里氏木霉产酶的影响。
※生物工程
食品科学
2008, Vol. 29, No.11 377
菌株在不同的氮源下，其生存能力不同，因此产 酶能力也不同，选择适合的氮源对菌株的产酶能力有重 要的影响。通过实验改变产酶培养基氮源的种类，选 择一些有机氮源和无机氮源研究其对产酶的影响，结果 见表 2 。
纤维素酶的工艺流程
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在进行纤维素酶的生产之前，需要做好充分的准备工作。
纤维素酶的制备及其应用研究
纤维素酶的制备及其应用研究纤维素酶是一种能够降解纤维素的酶类酶，具有重要的应用潜力。
纤维素是存在于植物细胞壁中的一种复杂多糖，由纤维素主链和纤维素外露的副产物组成。
然而，纤维素的结构特殊，不易降解，因而使得纤维素资源不能充分利用。
纤维素酶的制备及其应用研究成为了当前的热门领域。
纤维素酶的制备可以采用两种方法：微生物发酵和重组DNA技术。
常见的微生物发酵法包括固体发酵和液体发酵。
固体发酵主要指利用固体底物如纤维素为碳源进行发酵，如用木霉菌、曲霉菌等发酵制备纤维素酶。
液体发酵则是将纤维素酶产生菌参与发酵系统中，培养基以纤维素为唯一碳源，以菌株培养活跃度为指标。
利用液体发酵法制备纤维素酶的优点在于操作简单方便，易于大规模生产。
重组DNA技术制备纤维素酶的方法，是将纤维素酶基因导入在相对于宿主来说载体基因较大的质粒或者经过改造的真核表达质粒中。
1.酒精生产：纤维素酶在酿酒工业中的应用首先被人们广泛关注。
利用纤维素酶将植物细胞壁水解产生的纤维素与酵母菌一起发酵，可以达到大大提高酿酒产量的目的。
2.生物柴油生产：生物柴油是一种绿色替代能源，而纤维素作为世界上最丰富的可再生资源之一，在生物柴油生产中有着广阔的应用前景。
纤维素酶可以将纤维素有效地水解成可发酵的糖，然后通过微生物发酵将糖转化为生物柴油。
3.奶牛饲养：纤维素是奶牛常见饲料的主要成分之一，但是奶牛的消化系统对纤维素的降解能力有限。
因此，添加纤维素酶可以有效地提高乳牛对纤维素的消化率，提高饲料的利用效率，从而提高乳牛的生产性能。
4.饲料添加剂：纤维素酶也可以作为一种饲料添加剂，降低饲料中纤维素的含量，提高饲料的可利用性，减少饲料浪费。
虽然纤维素酶的制备和应用研究已经取得了很大的进展，但是仍然存在一些挑战和问题。
例如，酶的稳定性、活性和选择性等方面的改进仍然是当前研究的热点。
此外，酶制备的成本和规模化生产等问题也需要进一步解决。
通过不断的研究和创新，相信纤维素酶在未来会有更广泛的应用。
纤维素酶水解及同时糖化和乳酸发酵过程的动力学
纤维素酶水解及同时糖化和乳酸发酵过程的动力学
纤维素酶水解及同时糖化和乳酸发酵过程的动力学研究
1、概述
纤维素酶水解及同时糖化和乳酸发酵过程的动力学，是实现细胞外羟
基类乳酸发酵系统有效应用的基础。
通过详细的研究，从多个维度深
入了解纤维素酶水解和乳酸发酵的动力学过程，可以提供有助于其优
化的可行性方案。
2、技术理论
纤维素酶水解和乳酸发酵过程的动力学，主要包括P-酶水解和β-酶水
解两个过程，受体主要是葡萄糖、乙酸、乙二醇及丙二醇等特定的氧
化还原物，发酵中糖原和糖醛酸等小分子物质通过乳酸发酵形成乳酸。
发酵过程中，P-酶、乳酸脱氢酶和乳酸还原酶等参与活性物质合成反应，水解过程中，特定的膨胀因子、膨化因子和酶等参与水解反应，
影响发酵过程的稳定性。
3、实验模型
本实验创建一个基于非平衡状态下纤维素酶水解和乳酸发酵的模型，
根据实验数据的趋势和变化情况，参数拟合，确定发酵过程动力学模型。
利用此模型计算细胞外羟基乳酸发酵系统的操作端口、动力学参
数等，从而优化发酵系统的性能。
4、理论结论
经过研究分析，发现发酵过程中糖原合成反应、糖醛酸合成反应和P-酶水解反应之间存在相互影响，空间温度、pH值、膨胀因子、膨化因子和酶在发酵过程中的变化情况，以及温度、压力、碳源浓度和氮源浓度的变化对发酵的影响，等。
由此得出，可利用模型对纤维素酶水解及同时糖化和乳酸发酵过程优化，提高乳酸发酵系统的运行效率。
5、结论
本实验针对纤维素酶水解及同时糖化和乳酸发酵过程，通过参数拟合和模型建立，从多方面解析糖的水解和乳酸发酵的动力学过程，以期确定发酵过程的参数，优化乳酸发酵系统的运行性能。
纤维素酶对玉米发酵酒精影响的研究
纤维素酶对玉米发酵酒精影响的研究摘要纤维素酶是一种重要的生物催化剂，对于高纤维素的废弃物的降解起到了非常重要的作用。
在酒精发酵过程中，玉米的纤维素也需要降解后才能被酵母菌利用生成酒精。
因此，研究纤维素酶的作用对于改善玉米发酵酒精的质量具有重要的意义。
本文通过文献资料的调查和综述，详细探讨了纤维素酶对玉米发酵酒精的影响。
关键词：纤维素酶、玉米、发酵、酒精、影响引言玉米在全球是一种非常重要的能源和食品作物。
但是，在粮食加工和生产过程中，产生了许多高纤维素的废弃物，这些废弃物不能被人类直接食用或者利用。
因此，需要寻找一种高效的处理方式进行废弃物的降解。
同时，将这些废弃物转化为生物燃料也是目前的一个研究热点。
在玉米酒精发酵的过程中，纤维素是一种非常重要的组成部分。
玉米中约有20%的成分是纤维素，这些纤维素不能被酵母菌直接利用。
因此，需要利用纤维素酶对这些纤维素进行降解，使其变为可被酵母菌利用的糖分。
在这个过程中，纤维素酶的作用对于玉米发酵酒精的质量有着至关重要的影响。
研究方法本文采用文献资料调查和综述的方法，通过查阅相关的文献，探讨纤维素酶对玉米发酵酒精的影响。
主要通过以下研究方法进行分析。
1. 文献调研：本文通过文献调研的方法，收集有关纤维素酶在玉米发酵酒精中的应用相关的论文和报告。
2. 综述分析：通过对文献进行分析和综述，总结纤维素酶对玉米发酵酒精的影响，探讨玉米发酵酒精的质量的改善方法。
3. 数据对比：通过对不同研究的数据进行比对和分析，探讨纤维素酶对玉米发酵酒精的影响和作用机制。
研究结果和讨论纤维素酶对玉米发酵酒精的影响非常显著。
在玉米中，纤维素是一种较难降解的糖分。
如果没有使用纤维素酶，玉米中的纤维素就不能被酵母菌分解，无法生成酒精。
因此，纤维素酶在玉米发酵酒精中的应用可以提高酒精的产量和质量。
在研究中，不同的纤维素酶类型和使用浓度对发酵酒精的影响也不同。
一般来说，高浓度的纤维素酶可以更快速的降解废弃物中的纤维素，从而提高玉米酒精的产量和质量。
发酵生产纤维素酶研究进展
发酵生产纤维素酶研究进展摘要：纤维素酶是一种重要的工业用酶，广泛应用于能源、饲料、纺织、食品、工业洗涤、石油开采、农业、医药等领域。
纤维素酶最主要的来源是通过微生物发酵生产。
综述了纤维素酶的种类、高产纤维素酶菌种选育、发酵类型与优化等方面的研究进展，并展望了纤维素酶发酵生产的研究方向及前景。
关键词：发酵 纤维素酶 液体发酵 固体发酵 优化纤维素原料是地球上分布广泛且含量丰富的可再生资源，其生物合成和降解过程是自然界中碳循环的中心环节。
纤维素的利用与转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。
随着纤维素资源越来越受到人们的重视，其能量密度低，难降解等特性却阻碍了其开发利用的进程。
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它的作用是将纤维素转化为糖类，能够降解细胞壁，使细胞内溶物释放。
作为重要的工业用酶，纤维素酶广泛应用于在能源、饲料、纺织、食品、工业洗涤、石油开采、农业、医药等诸多领域。
1977年，Elwyn T. Reese 发现木霉属中的菌株具有分泌纤维素酶的能力，并将该具有分泌纤维素酶能力的菌株命名为里氏木霉（Trichoderma reese ），该发现为工业大规模发酵生产纤维素酶奠定了基础。
纤维素酶广泛存在广泛存在于自然界的生物体中，如细菌、真菌、动物体内等，其中真菌纤维素酶种类最多，最易获得和用于大规模生产，且具有较稳定的pH 、温度适应性，因此是工业用纤维素酶的重要来源。
目前应用最广的纤维素酶生产菌是里氏木霉，也有曲霉属（Aspergillus ）、青霉属（Penicillium ）的菌种。
自20世纪50年代首次发现以来，便得到广泛的研究与应用。
近几年来，真菌纤维素酶发酵研究主要集中在高产菌株的筛选、常规诱变育种、基因工程菌的构建、发酵工艺条件优化、发酵工艺放大和酶的分离纯化等方面。
1 纤维素酶的种类纤维素酶(cellulase)指的是降解纤维素的一类酶的总称，它不是单种酶，而是起协同作用的多组分酶系。
里氏木霉FST-1产酶条件及其纤维素酶乙醇发酵优化的研究
里氏木霉FST-1产酶条件及其纤维素酶乙醇发酵优化的研究里氏木霉FST-1产酶条件及其纤维素酶乙醇发酵优化的研究摘要：里氏木霉（Trichoderma reesei）是一种常见的纤维素分解菌，其产生的纤维素酶在生物燃料和生物化学品的生产中具有重要作用。
本研究旨在调查里氏木霉FST-1产酶的最适条件，并通过优化发酵条件来提高纤维素酶的产量。
首先，我们选择不同培养基对里氏木霉FST-1的产酶能力进行评估。
结果显示，含有1%纤维素和0.5%葡萄糖的培养基对里氏木霉FST-1的产酶能力具有最大的促进作用。
因此，该培养基被选为进一步实验的基础。
接下来，我们研究了不同的培养条件对纤维素酶产量的影响，包括pH值、温度和培养时间。
结果显示，在pH值为5.0、温度为30℃以及培养时间为5天的条件下，里氏木霉FST-1产酶的产量达到最高水平。
这些结果表明，这些条件为里氏木霉FST-1产酶的生产提供了良好的环境。
进一步实验中，我们通过响应面法对纤维素酶乙醇发酵进行了优化。
通过正交试验设计，我们确定了三个关键因素：葡萄糖浓度、乙醇浓度和发酵时间。
我们发现，在葡萄糖浓度为2.5%，乙醇浓度为1.0%以及发酵时间为48小时的条件下，纤维素酶的乙醇发酵效果最好，产量最高。
最后，我们对纤维素酶产品进行了质量分析。
结果显示，在最佳条件下，纤维素酶的纯度超过90%。
此外，纤维素酶在乙醇发酵过程中并未发生明显的降解。
综上所述，本研究系统地调查了里氏木霉FST-1产酶的最适条件，并通过响应面法对纤维素酶乙醇发酵进行了优化。
这些结果为纤维素酶的大规模生产提供了重要的参考和指导。
关键词：里氏木霉FST-1、纤维素酶、产酶条件、乙醇发酵、优综上所述，通过本研究的实验结果，我们确定了里氏木霉FST-1产酶的最适条件为pH值为5.0、温度为30℃以及培养时间为5天。
此外，通过响应面法对纤维素酶乙醇发酵进行优化，我们确定了葡萄糖浓度为2.5%，乙醇浓度为1.0%，发酵时间为48小时时，纤维素酶的乙醇发酵效果最好，产量最高。
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纤维素发酵生产酒精的研究
摘要：以纤维素为原料制取乙醇由于其原料广泛及环保效益良好而被认为是最有前景的生产乙醇燃料的方法之一，以纤维素为原料生产乙醇主要包括水解和发酵两个转化过程。
本文介绍了纤维素的来源，纤维素发酵生产乙醇生产过程的工艺技术，纤维素生产乙醇在国内外的应用以及其发展前景。
关键词：纤维素；酒精；发酵
Research of Alcohol Production by Cellulose
Shao Shuangshuang
Abstract: cellulose as raw materials of ethanol due to its wide range of raw materials and environmental benefits is considered to be one of the most promising method for the production of ethanol fuel, cellulose as raw material for ethanol production include the transformation process of hydrolysis and fermentation of two. This article describes the source of cellulose, cellulose fermentation ethanol production process technology, the application of cellulose for ethanol production at home and abroad, and its development prospects.
Keywords: cellulose; alcohol; fermentation
0 引言
近30年来，由于温室效应、石油日渐枯竭等原因，人们日益重视开发可再生能源[1]，燃料乙醇是重要的生物质能源，已有多个国家加大生产力度，如巴西、美国、中国等。
现阶段生产燃料乙醇的原料主要有甘蔗、玉米、木薯等燃料作物[2],纤维素降解产生葡萄糖，并可进一步发酵生产酒精等物质，对缓解全球能源危机、保护环境等具有很重要的意义。
1 纤维素的来源
作为地球上最为丰富的天然有机可再生主要，纤维素来源于绿色的陆生、海底植物和动物体内。
植物纤维素又根据来源分为棉、木、麻和各种秸秆等种类，是植物纤维细胞壁的主要成分；另外还有一些是来自动物细菌、海底生物和各种动物体内的动物纤维素。
我们日常见得生产作物，麻、麦秸、甘蔗、稻草渣等，都是纤维素的丰富来源。
2 纤维素生产酒精的工艺流程
2.1 原料的预处理
预处理的目的是通过破坏木质素和半纤维素，降低纤维素的结晶性，增加其多孔性，使酶制剂与纤维素充分接触，完成酶促反应[3]。
纤维素的与处理技术应达到以下要求：有利于糖化，同时减少酶的用量；避免碳水化合物的降解；避免生成乙酸、糠醛等对发酵起抑制作用的副产品；分离出木质素和半纤维素纯度较高[4].
目前，纤维素原料的预处理方法很多，可分为物理法、化学法、物理
化学相结合及生物法等。
2.2纤维素发酵工艺
酒精工业常采用酿酒酵母或卡尔酵母进行酒精发酵，而酵母的发酵通常是通过EMP途径生成丙酮酸，然后丙酮酸再生成乙醛，在脱氢酶的作用下还原成乙醇。
微生物发酵纤维素类物质生产酒精一般分为3类，一是直接发酵法，利用产纤维素酶的分解菌直接进行发酵纤维素生产酒精，原料不需要进行酸解或酶解预处理。
这种方法成本低廉，设备简单，发酵周期短，纤维素的降解率也很高，但是酒精的产出率低；二是间接发酵法，纤维素酶将纤维素分解，然后利用酵母发酵酶解液产生酒精。
此种方法在工艺上要分两步进行，糖化液要分离收集；三是同步糖化发酵法，就是纤维素酶解过程和酵母的酒精发酵过程同时进行，这种方法酶水解产物葡萄糖能不断被发酵成酒精，可以解除葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用，提高发酵效率。
还有一种方法就是利用酸或碱直接把纤维素原料水解为可以被微生物吸收的糖类，从而进行发酵。
3 纤维素生产酒精的发展现状
近几年来，采用原生质体融合技术来改良纤维素酶生产菌株的研究日益增多。
美国在纤维素发酵生产酒精的研究，生产应用方面都处于世界前列。
美国国际生物能公司能把秸秆中5碳糖发酵成乙醇的重组大肠杆菌，同时重组大肠杆菌还产生水解秸秆纤维素的纤维素酶[5]美国能源部与诺维信公司合作，在纤维素酶方面有了重大突破，燃料乙醇所需纤维素酶成本从5美元降至50美分[6]。
Mascoma公司利用木屑和废纸生产酒精。
加拿大在纤维素原料以及纤维素发酵酒精预处理方面处于世界领先地位。
日本政府积极促进纤维素发酵生产酒精技术的发展，建立了较为完善的与纤维素生产燃料酒精相关的研发体系，对生产过程中的一些关键性的，尚不成熟的工艺组织了专门的研究机构进行研究，主要包括纤维素的前处理、糖化发酵技术开发，纤维素酶育种、乙醇膜脱水技术，发酵液中乙醇膜的分离等的技术开发[7]。
目前我国虽然在纤维素发酵生产酒精研究中取得一定进展，但还是存在几个问题：一是对纤维素酶在纤维素发酵生产酒精中作用机理不够清楚；二是利用菌种生产纤维素酶活力低，成本高。
在纤维素发酵生产酒精工艺上还不够成熟，一直没有进入大规模化生产，应加大力度解决以上问题[8]。
目前酒精代替汽油作燃料总费用比汽油高6%-75%，用20%汽油混合燃油的总费用可与纯汽油相竞争，在汽油涨价之前，燃料酒精这个价格丝毫没有竞争力。
现在汽油价格上涨，而作为来源的纤维素又是低价、丰富的物质。
利用纤维素生产酒精燃料可以缓解石油能源以及粮食的紧张问题。
今后，一旦纤维素生产酒精燃料规模化生产，使用成本无疑可以再次降低，酒精燃料也越来越便宜。
4 我国在纤维素发酵酒精中今后规划
(1).以基因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶两种；
(2).进行固体发酵技术的研究，解决当前存在的污染率高和成本高的问题；
(3).进一步研究纤维素原料的预处理、酶水解及水解发酵生产酒精等技术，以有效得降低生产成本。
(4).将纤维素生产发展成规模化生产。
(5).继续筛选能高效得直接利用纤维素生产酒精的菌株。
参考文献
[1]FARRELL A E,PLEVIN R J,TURNER B T<et al.Ethanol can contribute to energy and environmental goal[J].Science,2006,311;506-508.
[2]阮奇城，祁建民，红麻秸秆发酵转化燃料乙醇[J],福建农林大学学报，2012,41(1)：78-82.
[3]孙逸，贺稚非，纤维素发酵生产酒精的研究进展[J]，农产品加工，2009,4,70-73.
[4]田龙，马晓建，纤维素乙醇生产中的预处理技术[J]，China Breing 2010,5;8-12.
[5]洪玉梅，李建中，利用纤维素酶生产燃料酒精的研究进展[J],农村能源科学，2007,2；462-464.
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化工进展。
2008,27，（6）：867-871.
[7]李盛贤，贾树彪，顾立文，利用纤维素原料生产燃料酒精的研究进展[J].酿酒，2005,32（2）：13-16.
[8]张坤，吴桢，梅广，纤维素发酵生产酒精的研究[J],粮食与油脂。
2007,2；10-12.。