2014用正交法探讨纤维素水解的最佳条件
纤维素水解的最佳实验方法研究
的有 效性 。
关键词: 纤维素水 解 化学 实验 正交试验 银镜反应
中图 分类号: G63 3 . 8
文 献标识 码: A
文章编号: 16 73 - 97 95 ( 2 00 8) 1 1( b) - 0 09 3- 0 2
纤 维素 水 解反 应是 高中 化 学教 学中 演示 多糖 性质 的一 个实验 。现 行高 中化 学新教 材 第二册教 师演示实 验和学生分 组实验中 , 都是 通过 水解 产物能 使新 制的 氢氧 化铜 变成 绛蓝 色溶液、混 合物经加 热后有红 色沉淀生 成, 来 证明 纤维素 水解 最终 产物 是葡萄 糖[ 1] 。 若在 学生分组 实验中, 补充检验醛 基的另一个 实验 ——银镜 反应, 会对 学生认识 纤维素性质 的知 识整合有 一定作用 。但是, 由于 纤维素水 解实 验所 需时间 较长 , 生 成银 镜质量 不高 , 实验效 果不佳, 常常给教学 工作带来 一定的困 惑。本 文从实验 的角度, 利用银镜反 应结果作为 实验 指标, 采用 正交试验 法探讨纤 维素水解 的最佳 实验条 件, 以期 达到 较好的 银镜 生成效 果, 从 而实现 对纤维 素水解 实验的 改进。
实验 步骤 如下: ( 1) 水解液的 配制: 称 取 0 . 05 克 脱脂棉于 小 烧杯中在 搅拌下 加入 10 滴浓 H SO ( 每毫 升
24
35 滴) , 使纤维 素初步水 解成无色 粘稠液体, 然 后 边搅拌边 滴加 2 滴水( 每毫升 11 滴) , 使之达 到 实验方案中 规定的水 平( 74%) 。将纤维素 水 解 液在 65 ℃的 水浴中加 热 2～ 3 分钟 , 水 解液 成 亮棕色 即可 取出, 冷 却后 , 加入 2 滴酚酞 指 示 剂, 用 1 0 %Na OH 调 整溶 液至 粉红 色, 此 时 pH为 8。
如何做好纤维素水解实验
如何做好纤维素水解实验淀粉和纤维素属于自然高分子化合物,在自然界中分布最广,也是最重要的多糖,它是单糖分子间失水,以糖苷键连接而成的高聚物,它们在无机酸存在的条件下可以完全水解并定量地得到D-葡萄糖,职专教材中就依据这共性质设计了两个课堂演示试验,既淀粉水解试验和纤维素水解试验。
如何做好纤维素水解试验一、纤维素水解试验的设计原理淀粉和纤维素属于自然高分子化合物，在自然界中分布最广，也是最重要的多糖，它是单糖分子间失水，以糖苷键连接而成的高聚物，它们在无机酸存在的条件下可以完全水解并定量地得到D-葡萄糖，职专教材中就依据这共性质设计了两个课堂演示试验，既淀粉水解试验和纤维素水解试验。
直链淀粉是由D-葡萄糖单位以α-1，4糖苷键连接的线状结构。
支链淀粉是一种分支的多糖，在这种分子中是葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接成主链，同时葡萄糖又以α-1，6糖苷键构成支链，它们在酸性条件下水解为葡萄糖和麦芽糖的混合物。
最丰富的多糖是纤维素，纤维素是一种线性的D-葡萄糖单位以β-1，4糖苷键连结而成的多糖。
和淀粉的α-1，4糖苷键比较，纤维素的β-1，4糖苷键对酸水解有较强的反抗力。
同时纤维素的分子呈丝状，而这些丝状的分子又以氢键的形式联合成为纤维素的胶束，由于胶束中氢键的数目许多，所以结合得特别坚固，理化性质比较稳定，纤维素的水解作用要比淀粉难得多，所以按教材条件做演示试验所需时间长，效果也不明显。
纤维素与浓硫酸作用时，纤维素中的游离羟基按一般醇的方式生成硫酸氢酯：同时纤维素在葡萄糖残基之间以氧原子连接的地方渐渐水解为较小的分子，从而使纤维素溶解。
浓硫酸与纤维素的作用特别猛烈，70％硫酸在冷时及短时间内只溶下纤维的表面一层，纤维部分水解的产物为分子量大的粉纤维和水解纤维等，这些水解产物往往以结实的质体粘在纤维素的表面，在酸性溶液中加热需要很久才能使纤维素完全溶解，这时水解程度才较大，先生成简洁的产物（六糖、四糖和三糖）最终生成纤维二糖和葡萄糖。
纤维素水解化学实验
纤维素水解化学实验
实验名称：纤维素水解化学实验
实验目的：
1.熟悉使用催化剂对纤维素进行水解聚合反应的实验原理和操
作步骤。
2.通过水解聚合反应，生产出水溶性的高分子单体，探究其产物和水解纤维素分子量的关系。
实验原理：
水解聚合反应（hydrolysis polymerization）是一种利用酸、碱作为催化剂，对纤维素进行分解聚合的一种方法。
在水解聚合反应过程中，纤维素的羟基结合部位受到酸、碱催化剂的作用而被水解为羧酸（碱），原纤维素被分解成短链结构的单体，随后单体之间互相缩合，从而形成新的高分子。
实验仪器：烧杯、旋流床热器、搅拌棒、称量瓶、PH计、烘箱、显微镜等。
实验步骤：
1.准备试剂：根据实验的质量比准备好相应的试剂，如纤维素粉末、碱性水解液以及氢氟酸等。
2.称取材料：将纤维素材料放入烧杯中，用称量瓶称取适量的材料，待用。
3.加入碱性水解液：将规定的碱性水解液加入烧杯中，搅拌均匀，形成液体混合物。
4.加入催化剂：以规定的量加入无水氢氟酸，作为催化剂。
5.加热反应：应用旋流床加热器对反应混合物进行加热，以缩短反应时间，加热时间约为1h。
6.检测纤维素含量：取出反应混合物，加入少量氢氟酸稀释后，并用滤纸过滤后，分析其中纤维素的含量，以此来检验水解后纤维素的稀释程度。
纤维素的水解
实验四纤维素的水解一、实验目的1.掌握纤维素水解实验的操作技能和演示方法；2.掌握銀氨溶液配制的原理和方法；3.熟练浓硫酸的稀释过程，并巩固其过程中的安全问题；4.复习含有醛基的有机物的性质。
二、实验原理纤维素是一种常见的多糖，在一定温度和酸性催化剂条件下，会发生水解，最终生成葡萄糖：（C6H10O5)n + nH2O === nC6H12O6葡萄糖分子中含有醛基，故具有较强的还原性，在碱性条件下能将新制氢氧化铜还原为红色的氧化亚铜沉淀，还能和銀氨溶液发生银镜反应。
通过这两个反应可以验证纤维素已水解为葡萄糖了。
C 5H11O5CHO + 2Cu(OH)2+ NaOH → C5H11O5COONa + Cu2O↓ + 3H2OC 5H11O5CHO + 2Ag(NH3)2OH → C5H11O5COONH4+ 2Ag↓ + 3NH3+ H2O三、实验仪器与药品烧杯，试管，试管夹，酒精灯，玻璃棒，；滤纸，浓H2SO4，NaOH，5%NaOH溶液，pH试纸，无水Na2CO3，2%AgNO3溶液，5%CuSO4溶液，2%氨水，蒸馏水。
四、实验内容（一）纤维素的水解：1.按浓H2SO4与水7:3的体积比配制H2SO4溶液20mL于50mL的烧杯中，放置一会儿，使其稍微冷却。
2.取半张滤纸，撕碎，向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌，使其变为无色粘稠状的液体，然后将烧杯放入水浴（用250mL烧杯代替水浴锅）中加热约10min，直到溶液显棕黄色为止。
3.取出小烧杯，冷却后将该棕黄色液体倾入另一盛有约20mL蒸馏水的烧杯中。
取1mL混合液，注入一大试管中，加入适量固体NaOH，直到溶液pH在3-5之间，再加Na2CO3调节溶液的pH至9。
（二）纤维素水解产物葡萄糖的检验：4.洗干净试管，配制銀氨溶液。
（如果试管很脏，洗不干净，可先用沸腾的碱液洗去油污，再用沸腾的酸液洗去无机盐，最后用蒸馏水冲洗干净）銀氨溶液的配制是本次实验的难点。
纤维素的水解 (1)
纤维素的水解孟娟2012级化学3班14组 41207149一、实验目的1. 掌握纤维素水解实验的操作技能和演示方法；2. 掌握银氨溶液配制的原理和方法；3. 熟练浓硫酸的稀释过程，并巩固其过程中的安全问题；4. 复习含有醛基的有机物的性质。
二、实验原理纤维素是自然界分布最广、含量最多的一种多糖，有8000至10000个葡萄糖残基通过β-1,4-糖苷键连接而成。
天然纤维素为无臭、无味的白色丝状物。
纤维素在水中有高度的不溶性，同时也不溶于稀酸、稀碱和有机溶剂，主要的生物学功能是构成植物的支持组织。
其结构式如下：纤维素在一定温度和酸性催化剂条件下，会发生水解，最终生成葡萄糖： （C 6H 10O 5)n + n H 2O === n C 6H 12O 6 葡萄糖分子中含有醛基，故具有较强的还原性，在碱性条件下能将新制氢氧化铜还原为红色的氧化亚铜沉淀，还能和银氨溶液发生银镜反应。
通过这两个反应可以验证纤维素已水解为葡萄糖了。
C 6H 12O 6 + 2Cu(OH)2 + NaOH → C 5H 11O 5COONa + Cu 2O↓ + 3H 2OC 6H 12O 6+2Ag(NH 3)2OH C 5H 11O 5COONH 4+2Ag↓+3NH 3+H 2O 纤维素 葡萄糖葡萄糖 水浴加热△ 葡萄糖H +△三、实验仪器与药品烧杯，试管，试管夹，酒精灯，玻璃棒，；滤纸，浓H 2SO 4，NaOH 固体，5%NaOH 溶液，pH 试纸，无水Na 2CO 3，2%AgNO 3溶液，5%CuSO 4溶液，2%氨水，蒸馏水。
四、实验内容1. 纤维素的水解：（1）按浓H 2SO 4与水7:3的体积比配制H 2SO 4溶液20mL 于50mL 的烧杯中，放置一会儿，使其稍微冷却。
（2）取1/4张滤纸，撕碎，向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌，使其变为无色粘稠状的液体，然后将烧杯放入水浴（用250mL 烧杯代替水浴锅）中加热约10min ，直到溶液显棕黄色为止。
纤维素的水解 实验报告
纤维素的水解一.实验目的1.掌握纤维素水解实验的操作技能；2.熟悉纤维素水解的演示技能。
二.实验原理纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。
不溶于水及一般有机溶剂。
是植物细胞壁的主要成分。
纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。
棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。
纤维素是多糖，它可在一定温度和酸性催化剂条件下，发生水解，最终生成葡萄糖：（C6H10O5）n+nH2O 加热，酸性 nC6H12O6(纤维素) （葡萄糖）葡萄糖分子中含有醛基，故具有较强的还原性，在碱性条件下能将新制的氢氧化铜还原为红色的Cu2O；能使银氨溶液发生银镜反应。
CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OH 加热 2Ag+ CH2OH(CHOH)4COONH4+3NH3+H2O这个反应里，硝酸银与氨水生成的银氨溶液中含有氢氧化二氨合银，这是一种弱氧化剂，它能把醛基氧化成羧基(即-CHO被氧化成-COOH)，羧酸酸又与生成的氨气反应生成铵，而银离子被还原成金属银。
从葡萄糖的角度来说，葡萄糖中有醛基，具有还原性，把硝酸银里的银离子还原成金属银CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2加热 Cu2O+CH2OH(CHOH)4COOH+2H2O三.主要仪器与药品烧杯、石棉网、三脚架、试管、试管夹、酒精灯、玻璃棒、滤纸；浓硫酸、NaOH溶液（5%）、固体NaOH、pH试纸、无水NaCO3、2%AgNO3溶液、5%CuSO4溶液、2%氨水、蒸馏水四.实验内容1.按浓硫酸与水7：3（体积比）的比例配制H2SO4溶液20mL于烧杯中。
2.取一半圆形滤纸撕碎，向小烧杯中边加边用玻璃棒搅拌，使其变成无色粘稠状的液体，然后将烧杯放入水浴中加热约10min，直到溶液显棕色为止。
3.取出小烧杯，冷却后将棕色溶液倾入另一盛有约20mL蒸馏水的烧杯中，用胶头滴管取该溶液约1mL 注入一大试管中。
正交实验选择纤维素酶产生菌的最优综合培养条件
９． １ ％和 ９．％， 维素 降解率 为 ３ ． Ｏ ５ 纤 ５ １ ％和 ２ ． ． ９ ８４ ％
关 键词 ：正 交实验 ；酶 活性 ；酶稳 定性 ；纤 维素 降解 率
中图分 类号 ：ｘ１２ ７ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ —９ ３２ １）１０３ —６ ０ ０６ ２ （０２０ — １００
交 实 验 得 到 厌氧 菌 和好 氧 菌 的最 佳 培 养 条 件 不 完 全 一 致 ； 废 水 处 理 系 统 中， 种 单 因 素 的最 佳 综合 水 平 为 ：０ ／ Ｓ ４ ０ ／ 在 ５ ３ｍｇＬ Ｍｇ Ｏ ， ｍｇＬ ２ Ｃ Ｃ２ Ｎ Ｏ １Ｃ Ｐ配 比为 ４ ０ ：， 为 Ｎ ４ Ｉ（８７ ｇ ） Ｈ＝ ．， 时厌 氧菌 及好 氧菌酶 活性 分别 为 ４ ０ＵＬ和 ４９Ｕ／， 定性分 别达 到 ， ０：１ ５ 氮源 Ｈ Ｃ ２． Ｌ，ｐ ７０ ｍｅ 此 ８１／ ７ ４ Ｌ酶稳
ＨＵＡＮＧ Ｒｏ ｇ ｚ ， ＷＡ ｎ ．ｉ Ｎ Ｊｎ ｑ ａ ， ＭＡ Ｙｏ ｇｗｅ ＨＵＡＮＧ Ｍｉｇｚ ｉ ｉ—ｕ ｎ ｎ — ｎ， ｎ ．ｈ ， Ｙ ＡＮＧ Ｙｉ ｉｇ （ ． ｌ ｇ ｏ ． ｎ １Ｃｏｌ ｅ ｆ ｑ ｅ
Ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ａ ｃ ｅ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｏ ｔ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ０ ６ ｈ ｎ ； ２ Ｋｅ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｌ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ，Ｓ ｕ ｈ Ｃｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｎ ｙ ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ０ ，Ｃ ｉ ａ ． ｙ Ｌａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｏ ｌｔｏ ｎ ｒ ｌａ ｄ Ｅ ｏ ｙ ｔ ｍ ｓｏ ａｉ ｎ ｉ ｎ ｕ ｔ ｕ ｔｒ ，Ｍ ｉ ｉ ｒ ｆＥｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ｔ ｉ ａ ｂ ｒｔ ｒ ｆ Ｐ ｌ ｉ ｎ Ｃｏ ｔｏ ｕ ｎ ｃ ｓ ｓｅ Ｒｅ ｔ ｒ ｔ ｎ Ｉ ｄ ｓｒ Ｃｌｓｅ ｓ ｏ ｙ ｎ ｓ ｙ ｏ ｕ ａ ｏ ，Ｓ ｕ ｈ Ｃｈ ｎ ｔ ｔ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ０ ０ ， ｉ ａ ３ Ｓ ｈ ｏ ｆＣｈ ｍ ｉ ｒ ｎ ｈ ｍｉａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ， ｏ ｔ ｉ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｙ ａ ｇ ｈ ｕ ５１ ０ ６ Ｃｈ ｎ ： ． ｃ ｏ ｌ ｅ ｓ ｙ ａ ｄ Ｃ ｅ ｃ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｓ ｕ ｈ Ｃｈ ｎ ｏ ｔ Ｅ
纤维素的水解
纤维素的水解一、前言纤维素是一种常见的多糖类物质，存在于植物细胞壁中，是植物体中最主要的成分之一。
由于其结构特殊，使得其水解变得相对困难。
但是，纤维素的水解对于生物质能源化利用具有重要的意义。
本文将介绍纤维素的水解过程及其机制。
二、纤维素的结构纤维素是由β-葡聚糖链组成，每个葡萄糖分子通过1,4-β-键连接在一起形成长链。
这些链相互作用形成微晶体，在植物细胞壁中起到支撑和保护作用。
三、纤维素的水解方式1. 酸性水解酸性条件下，β-葡聚糖链被酸催化裂解为低聚糖和单糖。
其中，低聚糖包括二糖和三糖等。
2. 碱性水解碱性条件下，β-葡聚糖链被碱催化裂解为低聚糖和单糖。
与酸性条件下不同的是，在碱性条件下还会产生一些其他的化合物，如糠醛、乙酸等。
3. 酶促水解在自然界中，纤维素的水解主要是由微生物和真菌等生物体内的酶催化完成。
其中，最常见的是纤维素酶和β-葡苷酶，它们可以分别将纤维素链水解为低聚糖和单糖，也可以同时作用于两种不同类型的链。
四、纤维素水解机制1. 酸性水解机制在酸性条件下，β-葡聚糖链上的羟基被质子化形成了更容易断裂的离子态。
随着pH值的降低，离子态越来越稳定，并且在一定程度上促进了β-葡聚糖链的断裂。
同时，在高温下，β-葡聚糖链上的羟基可以被质子化形成更稳定的离子态，并且更容易被断裂。
2. 碱性水解机制在碱性条件下，β-葡聚糖链上的羟基会被去质子化形成更容易断裂的离子态。
此外，在碱性条件下还会产生一些其他的化合物，如糠醛、乙酸等。
这些化合物可以与β-葡聚糖链上的羟基发生反应，从而促进链的断裂。
3. 酶促水解机制在酶促条件下，纤维素酶和β-葡苷酶等酶类可以通过不同的机制将纤维素链水解为低聚糖和单糖。
其中，纤维素酶主要通过切割β-葡聚糖链来实现水解；而β-葡苷酶则通过切割单糖之间的键来实现水解。
五、纤维素水解条件1. 酸性条件在工业上，常用硫酸或盐酸等强酸来进行纤维素的水解。
此外，在自然界中也存在一些微生物和真菌等可以在弱酸性条件下完成纤维素的水解。
纤维素水解实验报告
实验报告：纤维素水解的最佳实验条件探讨纤维素水解反应是中学化学演示多糖性质的一个实验。
它主要说明多糖水解后可生成葡萄糖，并由于葡萄糖的还原作用而发生银镜反应。
但银镜反应检验时反应慢而且效果不佳，本实验用正交实验来探索纤维素水解的最佳实验条件，以期达到较好的银镜效果。
1、实验指标的确定本实验以形成光亮的银镜作为实验的定量指标，以便对实验结果进行分析，找出最佳条件，本实验的评分标准确定为：100 分：银镜光亮，呈银白色，镜面细密，厚薄均匀，无斑点，无花纹90 ～99 分：银镜光亮，呈银白色，镜面细密，厚薄均匀，稍有斑点或花纹80 ～99 分：银镜光亮，镜面细密，厚薄均匀，略灰白或灰黑70～ 79 分：银镜光亮，镜面厚薄不均匀，略灰白或灰黑，有斑点或花纹60～ 69分：镜面发乌，镜面稀薄，略灰白或灰黑60分以下：镜面稀薄，银镜效果不明显2、实验研究过程2.1因素水平的确定有关文献资料表明，影响该实验的最佳条件主要包括3个方面：影响纤维素水解的因素；影响银氨溶液配制的因素；影响银镜反应的因素。
表1为确定因素水平表。
2.2 L 12（211）实验方案及其结果分析通过 L 12 （211）正交试验，根据评分规则，对生成的银镜打分，见表 2(附录）对实验结果进行极差分析，得出影响实验因素的主次关系为： 主 → 次：7（硝酸银浓度），5（硫酸浓度），8（NaOH 溶液），11（水浴温度），4（加酸方式），6（水解液pH ），9（氨水浓度），1（纤维素类型），3（纤维水解方式），10（水解液加入量），2（纤维素用量）。
本实验最重要的影响银镜反应的因素，其次影响因素是纤维素的水解， 从影响纤维素水解的因素中选取 3个因素，从影响银镜反应的因素中选取 1 个因素。
因为滴加5%的NaOH 溶液对反应影响最大，且只能控制在2水平，因此固定这个因素，均为滴加5%的NaOH 溶液。
因此，选择的4个主要因素为7（硝酸银浓度），5（硫酸浓度），4（加酸方式），6（水解液pH ）。
纤维素水解机理的理论研究
纤维素水解机理的理论研究纤维素是一种重要的生物大分子，由许多β-葡萄糖单体单元构成，是植物的主要结构成分。
纤维素的水解可以得到各种有机化合物，可以用于生产生物能源、生产化学品和生物医药等方面。
因此，对纤维素水解机理的理论研究具有重要的意义。
本文将从纤维素的化学结构、水解方法以及水解机理等方面进行探讨。
一、纤维素的化学结构纤维素的化学结构主要由β-葡萄糖单体构成。
纤维素中的β-葡萄糖分子通过1,4-β键链接起来形成纤维素链，链长可以达到数千个单体。
在纤维素的链中，葡萄糖单体呈平面构型，每个单体都有三个羟基，可以进行水解反应。
此外，在纤维素中，由于β-葡萄糖分子的平面构型和1,4-β键的排列，使得纤维素链形成了一种类似晶体的结构，这种结构决定了纤维素的物理特性和化学稳定性。
二、纤维素的水解方法纤维素的水解方法包括酸性水解、碱性水解和酶解三种。
其中，酸性水解是最常见的方法。
在酸性条件下，水会攻击1,4-β键，使得纤维素链被切断，形成低聚物或单体。
碱性水解则是通过碱对纤维素链的水解作用，水解产物主要是葡萄糖和其它低聚物。
酶解是通过将适合的纤维素分解酶加入水解反应体系中，使得纤维素分子链上的β-葡萄糖单体被水解成低聚糖或糖。
三、纤维素的水解机理纤维素的水解机理是一个复杂的过程。
在酸性水解中，最初的步骤是水的催化附加反应－质子化，即酸性条件下的水会通过质子化变成氢氧根离子，和纤维素的1,4-β键发生水攻击反应。
在这个步骤中，酸性条件使得水的α-碳上的氢离子化，使得水的质子化特异性增强，进而成为水解反应发生的一个必须条件。
在质子化的过程中，水的质子可以在纤维素链上跳跃，带来更多的水解反应。
这个步骤中的分子间相互作用和链内分子间的相互作用是决定纤维素水解效率的因素之一。
其次，根据烷基含量不同，纤维素不同部分上的质子化速率也是不同的。
这意味着，水解反应的速率和水解产物的类型会发生改变。
当水解反应发生在纤维素链内部分子时，产生的纤维素低聚糖也更容易重新排列成再生纤维素，这会加剧反应的可逆性。
纤维素水解最佳条件探索
【 关奠 词】 正交试Байду номын сангаас １ 问 题 的 提 出
纤维素
Ｄ一葡萄糖
银镜反应 ３
３． １
实验原 理
纤维 素 水 解
纤 维 素 水 解 可 生 成 葡萄 糖 ， 由 于葡 萄 糖 的 还 原作 用 而 发 并
深 度 仅 为 Ｃ ｂ ｔ 司 的 １３～ １２ 漏 电 流 低 于 １ （ １ Ａ， 果 ａｏ公 ／ １， ． Ｅ 一１ ） 效 ０
用 基 础 ， 涉及 国 防 与经 济 安 全 ， 为 国 家核 心技 术被 国务 院 且 作 首 批 列 入 国家 科 技 重 大 专 项 ０ ２专 项 项 目（ ０ ６ ２ ２ ２ ０ － ０ ０年 ） 首 ，
３． ２ 银镜 反 应
纤 维 素
Ｄ一葡 萄 糖
验 结 果 进 行 分 析 ， 出最 佳 条件 。本 实 验 的评 分标 准确 定 为 ： 找 １ ０分 ： 镜 光 亮 ， 银 白 色 ， 面 细 密 ， 薄 均 匀 ， 斑 ０ 银 呈 镜 厚 无
点 ， 花纹。 无
单 糖 Ｄ 葡 萄 糖 是 醛 糖 ，在 弱 氧 化 剂 银 氨 溶 液 的 作 用 下 ， 一
羰 基 被 氧 化 为 羧 基 ， ＋ 还 原 为 ＡＳ 从 而 发生 银 镜 反 应 。 Ａｇ 被 。
反应方程式如下 ：
ＣＨ０ Ｈ Ｈ
Ｈ
９ Ｏ～９ ９分 ： 镜 光 亮 ， 银 白 色 ， 面 细 密 ， 薄 均 匀 ， 银 呈 镜 厚 稍
有斑点或花纹。
采用正交试验法寻找纤维素水解的最佳实验条件
采用正交试验法寻找纤维素水解的最佳实验条件作者：曹爱娟来源：《化学教与学》2013年第01期文章编号：1008-0546（201３）０１-00９２-0２中图分类号：G６３３．８文献标识码：Ｂdoi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１３．０１．０３８一、问题的提出纤维素水解实验是高中化学课本第二册中安排的一个演示实验。
此实验对于学生了解多糖水解具有一定的代表意义。
由于课本对实验的叙述过于简单，影响实验成功的因素又很多，所以如果按照课本上的叙述进行操作很难把握实验成功。
为了提高实验成功率、节约实验时间，需要寻找这些影响因素的最佳组合状态。
正交试验法，是使用正交表来安排实验（一种特制的表格），并利用正交表的特点对试验结果进行计算、分析，从而找到较优试验方案的一种方法。
因此，可以采用正交试验法来寻找纤维素水解的最佳实验条件。
二、正交试验方案的分析与设计1.纤维素水解原理纤维素在浓硫酸催化和加热条件下发生水解反应，最终产物是葡萄糖。
nH2O+（C6H10O5）n■nC6H12O6醛能在碱性环境下与新制的银氨溶液反应生成银，葡萄糖属于多羟基的醛。
因此通过产物是否能发生银镜反应可以检验纤维素是否水解生成了葡萄糖，再通过观察试管上镀银的质量来判断多少纤维素发生了水解反应。
2.影响因素及水平分析通过查阅资料以及自己的理解，发现影响此实验的因素有14种：纤维素用量、纤维素种类、纤维素水解方式、加酸方式、硫酸溶液的浓度、水解液加热的方式、水解液加热的时间、pH值、水解液是否过滤、硝酸银溶液的浓度、5%的氢氧化钠溶液（因为氨水是弱碱，氢氧根离子浓度小，与硝酸银溶液反应速度相对较慢，如果加一滴氢氧化钠溶液可能会加快反应速度）、氨水的浓度、水解液的用量、水浴温度。
（1）不同的纤维素用量最终产生银的量不同。
为了减少实验的复杂性，本次实验的纤维素取用量固定为0.2ｇ。
（2）水解液的加热方式有酒精灯加热和水浴加热。
正交实验选择纤维素酶产生菌的最优综合培养条件
正交实验选择纤维素酶产生菌的最优综合培养条件黄蓉姿;万金泉;马邕文;黄明智;杨漪清【摘要】在复合碳源、30℃恒温培养条件下,用正交实验法对影响纤维素酶产生菌降解纤维素的5种单因素培养条件进行了优化,并将优化得到的条件应用于厌氧-好氧废水处理系统.结果表明,MgSO4用量等单因素对纤维素酶活性以及纤维素降解率有不同程度的促进作用；正交实验得到厌氧菌和好氧菌的最佳培养条件不完全一致；在废水处理系统中,5种单因素的最佳综合水平为:30mg/LMgSO4,20mg/LCoC12,CNP配比为400∶5∶1,氮源为NH4Cl(28.7mg/L),pH=7.0,此时厌氧菌及好氧菌酶活性分别为4801U/L和4794U/L,酶稳定性分别达到91.0％和95.5％,纤维素降解率为31.9％和28.4％.%The five single factors for cellulose biodegradation ability of cellulase producing strains were optimized by orthogonal experiments using mixed carbon source under 30°C, and were used in wastewater treatment system with anaerobic and aerobic processes. Five single culture factors promoted cellulase activity and cellulose degradation-rate in varying degrees. Moreover, the optimal culture conditions of anaerobe obtained through orthogonal experiments were not in accordance with that of aerobe. In the wastewater treatment system, the optimal synthetic condition was MgSO4 of 30mg/L, CoCl2 of 20mg/L , the ratio of CNP of 400:5:1, NH4CI (of28.7mg/L) as nitrogen source and Ph7.0 . The cellulase activities (CA), enzymatic stabilities (ES), and cellulose degradation-rates (CDR) of anaerobe and aerobe were as follows: CA: 4801U/L, 4794U/L; ES: 91.0%, 95.5%; CDR: 31.9%, 28.4% .【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2012(032)001【总页数】6页(P130-135)【关键词】正交实验;酶活性;酶稳定性;纤维素降解率【作者】黄蓉姿;万金泉;马邕文;黄明智;杨漪清【作者单位】华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州510006;华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室,广东广州510006;华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州510006;华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州510006;华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州510006;华南理工大学化学与化工学院,广东广州510641;华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】X172造纸行业会产生大量含纤维素的废水,机械过滤只能去除其中不溶解的、粒径较大的杂质,仍有一些细小纤维进入后续的生物处理过程中[1].生物处理可以有效降低纤维素废水的污染物负荷,提高废水的可生化性[2].纤维素的生物降解依赖于纤维素酶产生菌的生理过程,受系统环境因素影响很大[3],因此寻找最佳的产酶条件成了众多学者关注的问题.但目前纤维素酶在环境领域的研究主要集中在降解固体废物中的纤维素方面[4-5],很少见到纤维素酶在废水处理系统中的报道.为了强化造纸废水细小纤维的生物降解过程,缩短废水处理周期,本研究在以前选定的碳源和温度条件[6]下,考察另外 5种单因素综合培养条件下对纤维素酶产生菌的调控作用,包括MgSO4用量、CoCl2用量、CNP配比、氮源组成以及pH值等.由于影响因素较多,通过设计正交实验 L16(45),在一定程度上避免了选择最佳培养条件的盲目性.本实验采用的厌氧菌和好氧菌为复合菌,取自实验室生物挂膜的厌氧-好氧折流式工艺反应器装置.接种污泥取自广州市猎德污水处理厂的二沉池,驯化期间采用葡萄糖和纤维素废水混合作为基质[7].基础培养溶液为:葡萄糖(第 1碳源): 600mg/L,少量 NaHCO3、CaCl2、MnSO4、Fe2(SO4)3、ZnCl2等无机盐.以上述溶液为基础,依据正交实验分配分别加入不同组分或改变某些组分的用量(表1),配成不同正交组液体培养基.微晶纤维素(MCC),购于国药集团化学试剂有限公司,粉碎过200目筛.1.2.1 培养方法采用2个为一组的200mL摇瓶模拟厌氧-好氧反应器,每隔12h更新各摇瓶中的培养液,厌氧瓶的用基础培养基进行更新,好氧瓶的用停留厌氧瓶12h 后的培养基进行更新.各摇瓶装40mL培养液、100mg微晶纤维素(第2碳源),将20mL厌氧或好氧菌悬液接种于对应的培养基,然后置于30℃振荡培养箱(厌氧108r/min,好氧180r/min)中培养5d ,测定厌氧菌、好氧菌的纤维素酶活性以及纤维素降解率.依照 5因素 4水平正交实验的设计(表2),共有16组厌氧-好氧实验,均做平行实验.将正交实验优化得到的培养条件应用于厌氧-好氧折流式反应器,培养5d,取出生物膜,制成菌悬液,测定系统中厌氧菌、好氧菌的纤维素酶活性、酶稳定性以及纤维素降解率.1.2.2 酶活性测定纤维素的最终酶解产物是葡萄糖,通过测定底物酶解后的葡萄糖生成量来表征纤维素酶活性,本实验采用离子色谱法测定葡萄糖含量.具体方法为:培养结束后,从各摇瓶中取出上清液,并用0.22μm的水相滤膜过滤,测定葡萄糖浓度,作为实验的空白值 C0;另取新的试管,加入5mL培养后的菌悬液、10mg微晶纤维素、5mL柠檬酸缓冲液,在50℃水浴中保温1h,反应后取出溶液,并用0.22μm的水相滤膜过滤,测定葡萄糖浓度C.离子色谱条件:离子色谱仪:DIONEX ICS –3000;分析柱:CarboPacPA1(2@250mm);保护柱: CarboPac PA1 (2@50mm);淋洗液 :0.001molNaOH-0.05molNaAC;体积流量 : 0.500mL/min;进样体积:10μL;柱温:30e;检测器:脉冲安培检测器,金电极.1.2.3 纤维素酶活性的定义及计算纤维素酶活性定义:以底物在50℃,pH4.8,恒温一定时间的条件下,以水解反应中每克悬浮固体每小时催化底物水解形成 1.0mg葡萄糖的酶量定义为一个活力单位,用U表示.酶活的计算公式为:x = (C –C0)/(MLSS⋅T),式中:x为纤维素酶活性, U;C为样品的葡萄糖浓度,C0为空白实验的葡萄糖浓度,mg/mL;MLSS为混合液悬浮固体浓度,g/mL;T为反应时间,h.1.2.4 酶稳定性测定取完成培养的生物膜样品,制成菌悬液,用甲苯进行灭菌,室温保存 4h,测定纤维素酶的残余酶活性,以 0h酶活性为标准(100%)计算相对酶活性. 1.2.5 纤维素降解率测定参照文献[8],培养结束后,倒掉上清液,用蒸馏水轻轻洗去菌体,将固形物置于60℃烘箱中烘至恒重,用电子天平分别称量未被降解的微晶纤维素质量,记为 Wi(g),培养前的微晶纤维素质量记为 W0(g),则降解率η=(W0-W1)/W0×100%.由表 2可见,无论是厌氧段还是好氧段, MgSO4用量、CoCl2用量、CNP配比、氮源组成、pH值5种因素在单因素条件下对纤维素酶产生菌的产酶和降解能力均有一定的促进作用.2.1.1 厌氧菌产酶及降解能力由表 3、表 4可见,厌氧菌产酶及降解效果最佳的实验条件组合完全一致,均为 A4B4C4D3E2,即:厌氧菌在30mg/L MgSO4、30mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、CO(NH2)2:NH4Cl=1:2的混合氮源、pH6.0时,纤维素酶活性最高,纤维素降解率最大.根据极差分析各因素对酶活性变化影响大小的顺序为MgSO4 ＞氮源组成＞CoCl2 ＞CNP配比＞pH值,而对降解率变化的影响顺序为MgSO4＞氮源组成＞ CNP 配比＞ CoCl2 ＞ pH值,可见5种因素中,影响厌氧段纤维素酶产生菌生长代谢的主要因素是MgSO4和氮源组成,而pH值对酶活性和降解率影响较小,可能是产纤维素酶的厌氧微生物在这4种pH值条件下生长状况相似的缘故.何品晶等[9]通过研究pH值对有机垃圾厌氧水解的影响,发现发酵液的pH值为5～7时有利于颗粒态有机物的水解.2.1.2 好养菌产酶及降解能力由表 5、表 6可见,好氧菌产酶效果最佳的实验条件组合为A4B3C4D2E3,而降解效果最佳的组合为A4B3C4D3E3,两者非常接近,仅在氮源组成上有差别,分别为CO(NH2)2: NH4Cl＝0∶3和CO(NH2)2:NH4Cl＝1∶2,其他条件组合为30mg/L MgSO4、20mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、pH=7.0.各因素对酶活性变化影响的顺序为CNP配比＞ pH 值＞ CoCl2 ＞ MgSO4 ＞氮源组成,而对降解率变化的影响顺序为CNP配比＞ pH 值＞MgSO4 ＞ CoCl2 ＞氮源组成,可见在5种因素中,影响好氧段纤维素酶产生菌生长代谢的主要因素是CNP配比和pH值.而氮源组成对实验结果影响不大;同时经F检验,氮源组成对酶活性和降解率的影响也不显著.2.1.3 正交实验各因素的影响由图 1、图 2可见,无论是厌氧菌还是好氧菌,它们各自的因素-指标趋势基本吻合,即同一因素水平条件下的酶活性与降解率呈现出较好的对应关系,这也说明纤维素类物质的降解主要依靠微生物分泌的纤维素酶进行[10].金属离子是微生物生长必不可少的一类营养物质[11],而且厌氧过程中缺乏微量金属营养元素产生的不利影响比好氧过程要大[12].对比图 1与图 2,Mg2+的作用趋势几乎相同,都在30mg/L时达到最佳效果;但厌氧菌和好氧菌对于 Co2+的浓度要求存在较大差异,主要是20,30mg/L,说明不同微生物对 Co2+的浓度要求不同.李德莹等[13]研究金属离子对纤维素酶活力的影响发现,Mg2+、Co2+离子浓度在一定范围内,对纤维素酶活性有激活作用,Mg2+、Co2+分别在1.2、0.2mg/mL时,酶活性达到峰值,浓度增大表现出抑制作用.相比之下,本研究金属离子作用浓度较低. 厌氧菌和好氧菌均在400:5:1的CNP配比下生长良好,酶活性和降解率达到较高水平.这个比例与经验值(厌氧条件下 200:5:1及好氧条件下100:5:1)略有出入,说明微生物对碳源的需求和竞争增大,可能跟系统中的微生物种类有关系,有待进一步的研究.由图1、图2可以看出,氮源组成对厌氧菌影响显著,对好氧菌影响甚小.但对于氮源组成的要求,两者都偏向无机氮源比例较大的混合氮源,即CO(NH2)2: NH4Cl＝1∶2.相对来说,无机氮源比有机氮源更好,因为有机氮源同时作为碳源,有可能优先于纤维素被利用,一定程度上妨碍了纤维素的降解[14].殷中伟等[15]、徐昶等[16]通过研究不同氮源对纤维素降解菌产酶的影响发现,以硝酸盐为无机氮源时酶活力最高.本实验得出pH6.0、pH7.0分别适合厌氧菌、好氧菌的生长,在中性偏酸及中性的条件下表现出较高的酶活性和降解能力.pH值通过影响微生物群落结构的变化影响有机物的代谢过程.叶凝芳等[17]通过Shannon指数分析表明,pH 7或8时的微生物多样性较高.一般情况下,生物多样性越高,其代谢关系越复杂,结构越稳定,对污染物的协同作用能力也越大[10].何品晶等[9]认为,在pH值为5、6、7、8条件下,微生物处于静止生长期时,水解速率常数处于同一个数量级,且发酵液pH7时最有利于微生物的合成代谢.由于以上的摇瓶模拟实验得出厌氧菌产酶及降解效果最佳、好氧菌产酶效果最佳、好氧菌降解效果最佳的3种条件组合(表7),彼此间略有差异,为进一步得到废水处理系统中纤维素酶产生菌的最优综合培养条件,将优化得到的3种组合分别应用于厌氧-好氧折流式反应器,考察系统中厌氧菌、好氧菌的纤维素酶活性、酶稳定性以及纤维素降解率.由表8可见,实验2的培养条件比较理想,因为厌氧菌和好氧菌产酶比较均衡,且酶稳定性较高,对纤维素的降解效果明显.实验2和实验3的培养条件仅在氮源组成上有差别,而实验2得到的厌氧菌和好氧菌酶活性都高于实验 3,分别提高到1.12倍和1.72倍,纤维素降解率分别提高了2.5%和 11.7%,说明无机氮更容易被微生物吸收利用,废水生化处理系统中适当浓度的氨氮对厌氧微生物的生长有刺激作用[18].实验1的酶稳定性较低,可能是Co2+的浓度偏高,不利于底物与酶活性中心的结合,导致酶活性随时间变化呈下降趋势.本研究得到的纤维素降解率不到 40%,理论上还有一定的提升空间.纤维素的降解需要多种酶的协同作用,今后可以考虑在废水生化处理系统中加入人工筛选的优势菌,构建产多种纤维素酶的高效稳定复合菌系[19],提高纤维素的处理率.3.1 厌氧菌产酶及降解效果最佳的实验条件组合一致,均为30mg/L MgSO4、30mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、CO(NH2)2:NH4Cl=1:2的混合氮源、pH6.0.3.2 好氧菌产酶效果最佳的实验条件组合为30mg/L MgSO4、20mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、氮源为NH4Cl,pH7.0,而降解效果最佳的组合为30mg/L MgSO4、20mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、CO(NH2)2: NH4Cl=1:2的混合氮源、pH7.0.3.3 在厌氧-好氧废水处理系统中,当培养条件为 30mg/L MgSO4、20mg/L CoCl2、CNP比为400:5:1、氮源为NH4Cl (28.7mg/L)、pH7时,微生物的产酶和降解效果最佳,厌氧菌及好氧菌酶活性分别为4801 U/L、4794U/L,酶稳定性分别达到 91.0%、95.5%,纤维素降解率为 31.9%和28.4%.【相关文献】[1] 苗庆显,秦梦华,徐清华.废纸造纸废水处理技术的现状与发展[J]. 中国造纸, 2005,24(12):55-58.[2] 曾科,高健磊,陈四州,等.含纤维素废水生物水解的应用研究[J]. 重庆环境科学, 2003,25(5):36-38.[3] 梁越敢,郑正,汪龙眠,等.干发酵对稻草结构及产沼气的影响[J]. 中国环境科学, 2011,31(3):417-422.[4] 罗宇煊,张甲耀,龚利萍,等.正交实验选择嗜碱细菌降解木质素的最优综合培养条件 [J]. 环境科学, 2001,22(5):95-98.[5] 叶劲松,吴克,蔡敬民,等.生物垃圾好氧处理中的纤维素降解菌生长规律研究 [J]. 生物技术, 2007,17(2):69-72.[6] 黄蓉姿,万金泉,马邕文,等.废水处理系统中纤维素酶的诱导形成及调节控制 [J]. 造纸科学与技术, 2011,30(2):52-55.[7] 潘碌亭,吴锦峰,罗华飞.微电解-UASB-接触氧化处理羧甲基纤维素废水 [J]. 化工学报,2010,61(5):1275-1281.[8] 张楠,刘东阳,杨兴明,等.分解纤维素的高温真菌筛选及其对烟杆的降解效果 [J]. 环境科学学报, 2010,30(3):549-555.[9] 何品晶,潘修疆,吕凡,等. pH值对有机垃圾厌氧水解和酸化速率的影响 [J]. 中国环境科学, 2006,26(1):57-61.[10] 彭绪亚,丁文川,吴正松,等.垃圾渗出液微生物循环强化培养菌剂在堆肥中的作用 [J]. 环境科学学报, 2005,25(7):959-964.[11] 董义伟.绿色木霉固态发酵降解纤维素的研究 [D]. 成都:四川大学, 2006.[12] 董春娟,吕炳南,苏秀英.废水厌氧处理系统微量金属生物有效度及影响因素 [J]. 化工环保, 2004,24(3):190-193.[13] 李德莹,龚大春,田毅红,等.金属离子对纤维素酶活力影响的研究 [J]. 酿酒科技, 2009,(6):40-42.[14] 何良菊,李培杰,魏德洲,等.石油烃微生物降解的营养平衡及降解机理 [J]. 环境科学,2004,25(1):91-94.[15] 殷中伟,范丙全,任萍.纤维素降解真菌Y5的筛选及其对小麦秸秆降解效果 [J]. 环境科学, 2011,32(1):247-252.[16] 徐昶,龙敏南,邬小兵,等.高产纤维素酶菌株的筛选及产酶条件研究 [J]. 厦门大学学报,2005,44(1):107-111.[17] 叶凝芳,何品晶,吕凡,等.厌氧发酵过程pH对微生物多样性和产物分布的影响 [J]. 应用与环境生物学报, 2007,13(2):238-242.[18] 杨剑.规模化养猪场废水氨氮对厌氧微生物活性的影响及生物脱氮的研究 [D]. 南宁:广西大学, 2005.[19] 牛俊玲,崔宗均,李国学,等.高效纤维素分解菌复合系的筛选构建及其对秸秆的分解特性 [J]. 农业环境科学学报, 2005,24(4): 795-799.。
01-采用正交试验法寻找纤维素水解的最佳实验条件
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（上接第 87 页） 同。 教师接着讲述：化学反应就如堆积木一 样，由一种形状变成另一种形状。
学生在理解了上述事例和质量守恒定律的基础上 去阅读教材：这是因为化学反应的过程，就是参加反应 的各物质（反应物）的原子，重新组合而生成其它物质 （生成物）的过程。 在化学反应中，反应前后原子的种类 没有改变，数目没有增减，原子的质量也没有改变。 这样 学生就能从本质上理解了质量守恒定律这一概念了。
·实验教学研究·
采用正交试验法寻找纤维素水解的最佳实验条件
曹爱娟 （唐山师范学院滦州分校 河北 唐山 063000）
文 章 编 号 ：1008-0546（2013）01-0092-02 doi：10.3969 ／ j．issn．1008－0546．2013．01．038
中 图 分 类 号 ：G633．8
试验法，是使用正交表来安排实验（一种特制的表格）， 选用二水平。
并利用正交表的特点对试验结果进行计算、分析，从而
因素水平表如下：
找到较优试验方案的一种方法。 因此，可以采用正交试
3.评价指标的确定
验法来寻找纤维素水解的最佳实验条件。
本实验以析出银镜的质量为指标。 由于正交试验设
二、正交试验方案的分析与设计 1.纤维素水解原理 纤维素在浓硫酸催化和加热条件 下发生水解反应，最终产物是葡萄糖。
文 献 标 识 码 ：B
一、问题的提出
用酒精灯加热的温度不易控制，过高容易碳化。 因此加
纤 维 素 水 解 实 验 是 高 中 化 学 课 本 第 二 册 中 安 排 的 热方式固定为水浴加热 70℃。 同时，固定水解液加热时
纤维素酶的水解机制和作用条件
纤维素酶的水解机制和作用条件纤维素酶对大家来说已经不陌生，现在已经广泛应用在工业生产过程中，纤维素酶在植物提取和饲料中的功能是其他产品所无法替代的。
然而纤维素酶在其发展过程中经历了漫长的过程，随着越来越多的生物学家对其进行研究，纤维素酶的水解过程才逐渐被人们掌握。
下面详细介绍纤维素酶的研究过程和其水解机制。
1 纤维素酶的研究过程在自然界中,绝大多数的纤维素是由微生物通过分泌纤维素酶来进行降解的。
早在l850年,Mifscherlich己经观察到微生物分解纤维素现象。
但纤维素酶的研究则是从1906年Seilliere在蜗牛消化液中发现了分解天然纤维素的酶,以后才逐渐开始的。
1912年 Pringsheim 从耐热性纤维素细菌中分离出纤维素酶。
1933年Grassman分辨出了一种真菌纤维素酶的两个组分。
1954年,美国陆军 Natick实验室开始研究军用纤维素材料微生物降解的防护问题,后来发现纤维素经微生物降解后,可产生经济、丰富的生产原料,并且有望解决自然界不断产生的固体废物问题,于是纤维素酶得到了广泛的关注。
2 纤维素酶的水解机制关于纤维素酶水解的机制至今仍无完全统一的认识,目前普遍接受的理论主要为协同理论。
该理论认为,纤维素的酶水解过程是由C1酶、Cx酶、β-葡萄糖苷酶系统作用的结果,水解过程为:先是Cx酶作用于纤维素分子非结晶区内部的β-1, 4糖苷键,形成短链的β-寡聚糖;C1酶作用于β-寡聚糖分子的非还原末端,以二糖为单位进行切割产生纤维二糖;接着,部分降解的纤维素进一步由C1酶和 Cx酶协同作用,分解生成纤维二糖、纤维三糖等低聚糖;最后由β-葡萄糖苷酶作用分解为葡萄糖。
纤维二糖对CBH和EG有强烈抑制作用,β-葡萄糖苷酶 BG将纤维二糖和纤维三糖水解为葡萄糖,从反应混合物中除去抑制。
3一般纤维素酶的最适作用条件是什么呢？1、酸性纤维素酶最适作用条件：最适pH：3.5-4 最适温度：45-55℃2、中性纤维素酶最适作用条件：最适pH：4.5-6 最适温度：45-55℃3、碱性纤维素酶最适作用条件：最适pH：10-11 最适温度：45-55℃当然不排除一些特殊的菌种发酵生产的纤维素酶会有例外的最适作用条件，纤维素酶的最适作用条件还要取决于菌种自身的结构和其生存环境。
如何做好纤维素水解实验
如何做好纤维素水解实验纤维素水解实验是一种常用的实验方法，用于研究纤维素的降解和转化情况。
下面将详细介绍如何进行纤维素水解实验，包括实验步骤、实验条件和结果分析等内容。
实验步骤：1.实验样品的准备：选择合适的纤维素样品作为实验对象，如木质纤维素、纸浆等。
将样品研磨成粉末，并筛选出适当颗粒大小的样品。
2.溶液的制备：根据实验设计的要求，制备适量的水解溶液。
常用的水解溶液包括酸性溶液、碱性溶液和酶解液等。
可选择硫酸、盐酸、氢氧化钠等化学试剂作为水解溶液的组成部分。
3.实验装置的搭建：根据实验需求，选择适当的实验装置搭建实验系统。
常用的实验装置包括水浴锅、自动加热器、反应器、磁力搅拌器等。
确保实验装置的密封性和稳定性。
4.实验条件的设置：根据实验设计的要求，设置适当的实验温度、压力和pH值等条件。
温度是影响纤维素水解反应的重要因素，通常选择50-90℃的温度。
pH值通常在3-9之间选择。
5.实验操作步骤：将准备好的纤维素样品加入到实验装置中的水解溶液中，根据实验需求加入适当的酸、碱或酶解剂。
启动实验装置，开始水解反应。
反应时间根据实验设计的需要进行控制。
6.反应停止和产物处理：根据实验的需要，通过加热停止反应或加入适当的试剂停止反应。
将反应液进行过滤或离心分离，得到水解产物。
可用适当的方法对产物进行分析和表征。
实验条件：1.温度：适当的温度是纤维素水解实验的重要条件之一、通常选择50-90℃的温度。
较高的温度有利于加速纤维素的水解反应，但过高的温度可能导致产物的降解和失效。
2.pH值：pH值是影响纤维素水解反应的另一个重要条件。
常用的水解溶液是酸性或碱性溶液。
通常选择3-9之间的pH值，酸性条件下纤维素更易于水解，碱性条件下更易于溶解。
3.压力：在纤维素水解实验中，压力的变化对水解反应的速率和产物分布有影响。
一般实验条件下为常压条件，但在一些特殊实验中，可以增加压力来促进反应的进行。
结果分析：1.产物分析：对产物进行适当的分析和表征，主要包括化学方法和物理方法。
用正交试验法探讨纤维素水解的最佳实验条件
用正交试验法探讨纤维素水解的最佳实验条件
唐清;周湘
【期刊名称】《化学教学》
【年(卷),期】2001(000)008
【摘要】@@ 纤维素水解反应是中学化学教学中演示多糖性质的一个实验,本实验试图用正交设计的方法找出纤维素水解的最佳实验条件,以期达到较好的银镜生成效果.
【总页数】2页(P9-10)
【作者】唐清;周湘
【作者单位】天津师范大学化生学院,天津,300074;天津师范大学化生学院,天津,300074
【正文语种】中文
【中图分类】G633.8
【相关文献】
1.正交实验法在纤维素水解最佳实验条件探究中的应用 [J], 刘雅
2.正交实验——纤维素水解的最佳实验条件探讨 [J], 杨庆昀
3.采用正交试验法寻找纤维素水解的最佳实验条件 [J], 曹爱娟
4.正交设计法探讨纤维素水解的最佳实验条件 [J], 周建国;韩蕴华;李彩霞
5.用正交设计法探讨纤维素水解的最佳实验条件 [J], 唐清;周湘
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用正交法探讨纤维素水解的最佳条件
纤维素水解是高中化学教材中演示多糖性质的一个实验，它主要说明多糖水解后可生成葡萄糖。
由于此实验反应时间较长，且银镜效果也不够理想。
本文试图用正交试验设计的方法找出纤维素水解的最佳实验条件，以期达到较好的银镜效果。
正交试验设计法又称正交试验法或正交设计法，简称正交法。
是一种研究多因素试验问题的重要数学方法，即：使用正交表（一种特殊的表格）来安排试验，利用正交表特点对试验结果进行计算、分析，从而找出较优试验方案的一种方法。
1实验指标的确定
本实验以形成光亮银镜作为实验指标。
由于正交试验设计是一种定量的研究方法,因此，通过对银镜光亮程度进行评分，将定性指标转化为定量指标，以便对实验结果进行分析。
100分：银镜光亮呈银白色，薄厚均匀，无斑点花纹。
90~99分：银镜光亮呈银白色，薄厚均匀，稍有斑点花纹。
80~89分：银镜光亮，薄厚均匀，略显灰白或灰黑。
70~79分：银镜光亮，薄厚不均，略显灰白或灰黑。
60~69分：银镜发乌，镜面稀薄，呈灰白或灰黑。
50分以下：银镜效果不明显。
2因素水平的确定
纤维素是一种线性的D-葡萄糖单位以β-1，4糖苷键连接而成的多糖，它在无机酸存在的条件下，可以完全水解为D葡萄糖，通常选用硫酸使纤维素水解。
通过查阅若干文献得知，影响纤维素水解的因素有纤维素的类型、纤维素的用量、水解方式、加酸方式、硫酸的浓度、对水解液是否进行水浴、水解液的pH、水解液的用量、配制银氨溶液时所用硝酸银溶液和氨水的浓度及进行银镜反应时的水浴温度等11种因素。
笔者对这11个影响因素，每种因素各取2个水平，应用L12（211）正交表进行实验，并通过对极差值分析后得知，纤维素类型，纤维素质量，硫酸的浓度，氨水浓度等因素是影响纤维素水解的主要因素。
为了找出纤维素水解的最佳实验条件，对这四种主要因素又分别确定三个水平作进一步的探讨（见表1）为加速纤维素水解，采用先加酸后加水的方式并且反应均在热水浴中进行。
3实验步骤
（1）水解液的配制
称取0.1g脱脂棉置于小烧杯中，加入浓硫酸浸润脱脂棉，搅拌，使纤维素成粘稠液体，再滴加水至方案规定浓度，搅拌；将烧杯在约65℃的水浴中加热3分钟，使之进一步水解成亮棕色溶液，冷却；向水解液中滴加2滴酚酞试剂，用质量分数10%的氢氧化钠溶液调节溶液的pH=9；
（2）银氨溶液的配制
取1%的硝酸银溶液约2mL，加入1滴5%的NaOH溶液，再逐滴加入氨水（1：10），随滴加随振荡试管，至沉淀恰好溶解为止。
为了防止氨水过量，可以回滴硝酸银溶液至刚刚出现浑浊，再加半滴氨水，使溶液澄清，备用；
（3）生成银镜
取银氨溶液约2 mL，加入纤维素水解液15滴，小心搅匀，在90℃水浴上加热1min，即可观察到有银镜生成。
4实验方案的设计及结果的直观分析
本实验为四因素三水平的实验，选用L9（34）正交表进行试验（见表2）
5结论
（1）从极差值R的大小可知，影响本实验的主要因素的主次关系为：
主次
[H2SO4浓度] [水浴温度] [纤维素类型] [纤维素水解方式]
C D A B
（2）由正交实验得出的最佳实验条件为：A2B3C2D3。
即：本实验的最佳配比是A2B3C2D3，即纤维素类型滤纸，硫酸浓度为74%，镜反应的水浴温度为90 ℃，纤维素水解方式为研钵.
6 实验中应注意的几个问题：
（1）在纤维素水解过程中必须不断搅拌，滴加浓硫酸的速度不宜太快，以防止纤维素脱水碳化；且纤维素水解所用硫酸的浓度在74%左右较好。
（2）纤维素水解液和银氨溶液的pH应严格控制，避免溶液pH偏大对正常实验效果的干扰。
（3）用做银镜反应的试管必须洁净，银氨溶液要随用随配，不宜久置。
参考文献
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