双孢蘑菇生产中木质素、纤维素和半纤维素的降解及利用研究

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纤维素质原料生产乙醇的研究现状

2010年第4期0引言随着人们对环境问题认识的加深，以及对所面临能源危机现状的忧虑，清洁、可再生的新能源———生物乙醇，受到了越来越多的关注。

以植物生物质为原料，生产生物乙醇已成为主要的研究方向，它满足了绿色环保、可持续发展的要求。

植物生物质主要包括：木材、农作物秸秆、林业加工废料和废弃纸品等[1]。

利用纤维素质原料生产生物乙醇具有以下优势：清洁环保，不污染环境；生产成本低；原料来源广，且可再生。

木质纤维原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源[17]，全世界每年通过光合作用产生的木质纤维生物质高达1000×108t ，其中89%尚未被人类利用[32]。

我国是一个农业大国，各类农作物纤维质资源十分丰富，仅秸秆一项每年的产量就达7×108t 以上，其中玉米秸（35%）、小麦秸（21%）和稻草（19%）是我国的三大秸秆资源，林业副产品、城市垃圾和工业废物的数量也很可观，这些资源一直没有得到合理开发利用[31]，由于秸秆燃烧的能量利用率低，被当作燃料直接燃烧，也造成了资源严重浪费。

综合利用纤维素质原料受到了各国政府以及世界环保组织的热切关注，特别是环境问题越来越突出的现实，也让人们看到了利用纤维素质原料生产生物乙醇的巨大潜力。

1原料的主要组成纤维素质物质的主要成分为：纤维素、半纤维素、木质素等，不同原料中各成分的含量不同。

生物质中各类纤维素含量见表1[2-3]。

纤维素是β-D 葡萄糖基1,4-糖苷键联结而成的线性高分子化合物。

据戈林（J.Go ring ）等人研究，在纤维素细胞的次生壁中，微细纤维、木质素、半纤维素3种组分均呈不连续的层状结构，彼此粘结又互相间断。

微细纤维是构成细胞壁的骨架，木质素、半纤维素则是微细纤维之间的填充剂和黏结剂。

纤维素收稿日期：2009-12-05基金项目：河南省杰出人才创新基金资助项目（0621000900）。

作者简介：王罗琳（1985-），女，河南人，在读硕士，研究方向：生物质乙醇发酵。

细菌降解木质纤维素的研究进展

细菌降解木质纤维素的研究进展戴芸芸;钟卫鸿【摘要】木质纤维素结构的复杂性导致其生物降解需要多种微生物协同完成。

细菌具有生长快、结构简单、适宜酸碱性条件生长等特点，在降解木质纤维素方面具有潜在应用前景。

介绍了近年来报道的降解木质纤维素的细菌种类，综述了细菌对木质纤维素的降解机理及木质纤维素含量的测定方法。

%The biodegradation of lignocellulose needs the participation of synergism of multi-microorganisms due to its complexed natural structure.Bacteria have potential application prospects in degradation of lignocellu-lose due to their characteristics,such as rapid growth,simple structure,suitable for acid and alkaline conditions. The types of bacteria for degrading lignocellulose in recent years are introduced,and the degradation mechanism and detection methods for content of lignocellulose are summarized.【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2016(033)006【总页数】6页(P11-16)【关键词】细菌;木质素;纤维素;生物降解【作者】戴芸芸;钟卫鸿【作者单位】浙江工业大学生物工程学院，浙江杭州 310032;浙江工业大学生物工程学院，浙江杭州 310032【正文语种】中文【中图分类】TQ352.78;X172生物质作为一种可再生资源，其开发利用是解决目前人类能源危机的重要途径之一，但是其主要成分天然纤维质原料的结晶性和木质化限制了其可利用性[1]。

木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展

西北林学院学报2021,36(2):142-148J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t yd o i :10.3969/j.i s s n .1001-7461.2021.02.21木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展收稿日期:2020-04-01 修回日期:2020-05-29基金项目:国家自然科学基金青年基金纤维素酶吸附及水解对木质素结构S /G 值的动力学响应 (21704045);江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(201910298034Y )㊂作者简介:黄丽菁,硕士在读㊂研究方向:生物质资源化学与工程㊂E -m a i l :h l j19970314@s i n a .c o m *通信作者:吴文娟,副教授,博士㊂研究方向:生物质资源化学与工程㊂E -m a i l :w e n j u a n w u @n jf u .e d u .c n 黄丽菁,吴彩文,邹春阳,闫雪晴,吴文娟*(南京林业大学江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,江苏南京210037)摘要:化石燃料的持续开采与使用对环境产生了严重的负面影响,使得开发可再生清洁能源代替传统能源成为必然㊂木质纤维素是一种丰富的可再生资源,可转化为生物乙醇㊁氢气等生物质燃料,被认为是代替化石燃料的理想替代品㊂其中木质纤维原料转化为生物乙醇需经过预处理㊁酶水解以及微生物发酵这3个关键步骤,而纤维素酶水解通常会受到酶㊁水解条件㊁底物等诸多因素的影响㊂针对木质素对纤维素酶水解的影响研究进行综述,大量研究发现,木质素是纤维素酶水解过程中的主要抑制剂㊂木质素既可以吸附纤维素酶,与纤维素酶发生无效吸附;又可以作为物理屏障,阻碍酶对纤维素的生产性吸附㊂尽管通过预处理可以去除大部分的木质素,但依旧无法从根源上缓解木质素对纤维素酶水解的影响,研究木质素的结构单元对酶解效率的影响可能是当前生物乙醇转化中木质素在纤维素酶水解中的研究方向㊂关键词:木质纤维原料;木质素;S /G 比;纤维素酶水解中图分类号:T Q 35 文献标志码:A 文章编号:1001-7461(2021)02-0142-07T h e A c t i o n M e c h a n i s m o f L i g n i n -e n z y m e a n d R e s e a r c h P r o gr e s s o f I t s I n f l u e n c e o n E n z y m a t i c H y d r o l ys i s H U A N G L i -j i n g ,W U C a i -w e n ,Z O U C h u n -y a n g ,Y A N X u e -q i n g ,W U W e n -ju a n *(J i a n g s u C o -I n n o v a t i o n C e n t e r o f E f f i c i e n t P r o c e s s i n g a n d U t i l i z a t i o n o f F o r e s t R e s o u r c e s ,N a n j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y ,N a n j i n g 210037,J i a n gs u ,C h i n a )A b s t r a c t :T h e c o n t i n u o u s e x p l o i t a t i o n a n d u s e o f f o s s i l f u e l s h a v e a s e r i o u s n e g a t i v e i m pa c t o n t h e e n v i r o n -m e n t ,w h i c h m a k e s i t i n e v i t ab l e t o d e v e l o p r e n e w a b l ec l e a n e n e r g y i n s t e ad o f t r a d i t i o n a le n e r g y .L i gn o c e l l u -l o s e i s a k i n d o f a b u n d a n t r e n e w a b l e r e s o u r c e s ,w h i c h c a n b e c o n v e r t e d i n t o b i o e t h a n o l ,h y d r o ge n a n d o t h e r b i o m a s sf u e l s ,a n d i s c o n s i d e r e d t o b e a n i d e a l a l t e r n a t i v e t o f o s s i l f u e l s .T h e c o n v e r s i o n o f l i gn o c e l l u l o s i c m a t e r i a l s t o b i o e t h a n o l r e q u i r e s t h r e e k e y s t e p s :p r e t r e a t m e n t ,e n z y m a t i c h y d r o l ys i s a n d m i c r o b i a l f e r m e n -t a t i o n .H o w e v e r ,e n z y m a t i c h y d r o l y s i s i s u s u a l l y a f f e c t e d b y m a n y f a c t o r s ,s u c h a s e n z y m e ,h y d r o l y s i s c o n -d i t i o n s ,s u b s t r a t e a n d s o o n .A l a r g e n u m b e r o f s t u d i e s h a v e f o u n d t h a t l i gn i n i s t h e m a i n i n h i b i t o r i n t h e p r o c e s s o f e n z y m a t i c h y d r o l y s i s .L i g n i n c a n n o t o n l y a d s o r b e n z y m e b u t a l s o a d s o r b n o n p r o d u c t i v e l y wi t h e n z y m e .I t c a n a l s o a c t a s a p h y s i c a l b a r r i e r t o p r e v e n t t h e e n z y m e f r o m a b s o r b i n g c e l l u l o s e p r o d u c t i v e l y.A l t h o u g h m o s t o f l i g n i n c o u l d b e r e m o v e d b y p r e t r e a t m e n t ,t h e e f f e c t o f l i g n i n o n e n z y m a t i c h y d r o l ys i s c o u l d n o t b e r e s o l v e d f r o m t h e r o o t .I n t h i s p a p e r ,r e s e a r c h e s o n t h e i n f l u e n c e o f l i g n i n o n e n z y m a t i c h yd r o l -y s i s we r e r e v i e w e d ,a n d t h e p o s s i b l e r e s e a r c h d i r e c t i o n s of l ig n i n i n b i o e th a n o l c o n v e r si o n w e r e p r o po s e d .K e y wo r d s :l i g n o c e l l u l o s e ;l i g n i n ;S /G r a t i o ;e n z y m a t i c h y d r o l y s i s目前,全世界的能源消耗主要来自于煤炭㊁石油㊁天然气等传统化石能源,社会经济的飞速发展使得人们对能源的需求不断增加,这将导致传统的化石燃料日益枯竭,也会带来严重的环境污染问题[1],为了解决能源供求问题,开发可再生的清洁能源已成为必然趋势,这也将是人类社会可持续发展的重大挑战㊂木质纤维原料是目前资源最为丰富㊁分布最为广泛的生物质,主要包括木材(阔叶材和针叶材)㊁能源植物(竹子㊁高粱等)㊁农业生产或林业加工废弃物(如棕榈树干㊁棉茧壳㊁橄榄壳㊁玉米秸秆等)[2],具有可再生㊁储量大㊁价格低等优势,可转化为乙醇㊁氢气㊁生物柴油等生物质燃料[3]㊂其中生物乙醇的生产是通过酶水解纤维原料中的纤维素㊁半纤维素并发酵而成的,这种生产过程取决于3个关键步骤,包括预处理㊁酶水解以及将释放的糖进行发酵[4],而预处理作为其中的关键环节对后续的酶水解有着重要的影响㊂在木质纤维原料的处理过程中,木质素的存在使得木质纤维原料对纤维素酶水解具有顽抗性,导致细胞壁的3个主要成分(木质素㊁纤维素和半纤维素)难以有效的解离,从而导致酶水解效率的降低[5]㊂因此,研究木质素的结构特点有助于降低纤维原料的顽抗性,实现更高效的酶水解,也为开发经济高效的新型预处理技术提供了方法和技术支撑[5-6]㊂目前,关于木质素对酶水解影响的研究有很多,但由于木质素结构的复杂多样性以及预处理对木质素结构的改变使得难以获得统一而确定的木质素对纤维素酶无效吸附的机理[7]㊂本文拟对纤维素酶水解的影响因素进行介绍,并综述木质素与酶之间的作用机理及其在纤维素酶水解中的影响研究进展㊂1木质纤维原料1.1组成与结构木质纤维原料主要含有纤维素㊁半纤维素㊁木质素等,木质纤维原料来源不同,组成含量也不同[8]㊂通常,木质纤维素原料中纤维素㊁半纤维素和木质素的含量分别在30%~60%㊁20%~40%和15%~ 25%[9]㊂纤维素是由葡萄糖组成的多糖聚合物,通过β-1-4糖苷键紧密连接,其聚合度在500~10000㊂由于纤维素分子间的氢键作用,纤维素分为结晶区和无定形区,结晶区氢键排列规则紧密,无定形区氢键排列松散且没有规则㊂分子间的氢键连接是具有不同取向性的,因此产生了不同程度的结晶度㊂结晶度在纤维素的生物降解过程中起着至关重要的作用,一般来说,结晶度越高,纤维素的生物降解就越困难[10]㊂半纤维素是由2种及以上的糖基组成,往往带有不同数量的支链或侧链㊂木糖㊁阿拉伯糖㊁葡萄糖㊁半乳糖和甘露糖等是组成半纤维素的主要糖基,它们根据半纤维素的来源以不同的比例排列㊂针叶材中的半纤维素以己聚糖为主,阔叶材中的半纤维素以戊聚糖为主㊂半纤维素分子量低,具有无定形区,比纤维素更易溶解,也更易受到化学攻击[11]㊂木质素广泛存在于维管植物中,是由苯丙烷单元通过化学键连接而成的芳香族聚合物,作为粘合剂存在于胞间层与微纤丝之间,从而增强了细胞壁的结构[12]㊂构成木质素的结构单元主要有对-羟苯基结构(H)㊁愈创木基结构(G)和紫丁香基结构(S) 3种,但不同来源的木质素结构差异有很大不同㊂这3种结构单元如图1所示㊂图1木质素3种结构单元[13]F i g.1 T h r e e s t r u c t u r a l u n i t s o f l i g n i n[13]一般来说,针叶木木质素含有丰富的G结构单元,阔叶木木质素同时包含G型和S型2种结构单元,而禾草类木质素则由G㊁S㊁H这3种结构单元构成[14]㊂因此根据所含结构单元的不同,木质素可进一步分为G型(针叶木木质素)㊁G-S型(阔叶木木质素)㊁G-S-H型(禾本科木质素)㊁G-H型(应压木木质素)[15]㊂表1为3种结构单元在不同种类植物中的含量[16]㊂表1不同种类植物中的木质素结构单元含量T a b l e1 C o n t e n t o f l i g n i n s t r u c t u r a l u n i t s i n d i f f e r e n tk i n d s o f p l a n t s%结构单元针叶材阔叶材禾草科G单元90~9525~5025~50S单元0~150~7525~50H单元0.5~3.4<0.0110~25 1.2木质素的来源与应用木质素的分离方式一般有2种:1)溶出木质素,木质素降解为可溶性碎片从原料中分离出来;2)保留木质素,纤维素㊁半纤维素降解溶出,木质素作为固体残渣被保留下来[17]㊂根据分离方法的不同,木341第2期黄丽菁等:木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展质素可分为磨木木质素(M i l l e d W o o d L i g n i n, MW L)㊁碱木质素㊁酶解木质素㊁木质素磺酸盐等㊂磨木木质素又称B jök m a n木质素[18]㊂磨木木质素是使用中性溶剂在无酸㊁无热的条件下进行提取㊂此方法的得率较低,但其化学结构未受到严重的破坏,与原木质素具有最相似的结构,经常被用于木质素化学结构的研究㊂碱木质素是烧碱法或硫酸盐法化学制浆的副产物[19],往往含有大量的小分子糖㊁提取物和无机盐等杂质,因此常用碱溶酸析法进行提纯[20]㊂经过提纯改性后的碱木质素可用于复合材料㊁橡胶等领域㊂酶解木质素源自于生物乙醇的生产过程中的酶解残渣,通过有机溶剂或碱溶酸析法分离提取获得㊂它的结构与磨木木质素相似,但得率更高㊂由于酶解木质素未经过高温高压及酸碱的处理,保留了良好的天然结构,含有丰富的酚羟基,可作为在酚醛树脂中苯酚的替代物[21]㊂木质素磺酸盐来源于亚硫酸盐制浆工艺㊂它能够溶解于一定p H的水溶液中,却不溶于大多数溶剂[22]㊂木质素磺酸盐具有良好的分散性和表面活性,可以被用作混凝土外加剂㊁染料分散剂,以及用于工业废水中重金属吸附的乳化剂和螯合剂[23]等㊂2木质纤维原料的预处理木质纤维素结构复杂,纤维素周围被半纤维素和木质素形成的紧密的空间网状结构包裹㊂这种物理屏蔽阻碍了纤维素与外界的接触,也阻碍了纤维素的酶降解㊂为了增大原料的比表面积和提高酶对底物的可及性,改善纤维素的酶解效率,选择适当的预处理方式是必不可少的方法㊂一方面,可以破坏木质素和纤维素㊁半纤维素之间的连接,减少木质纤维素的顽抗性[24-25];另一方面,在一定程度上破坏了纤维素结晶度,增加原料的孔隙度和比表面积,改善了纤维素对酶的可及性[26]㊂目前,常用的木质纤维素预处理的方法有物理预处理,如机械粉碎法[27]㊁微波法[28]等方法;化学预处理,如酸法[29]㊁碱法[30]㊁有机溶剂法[31-32]㊁离子液体[33-34]等;物理化学预处理,如氨纤维爆破预处理[30]㊁蒸汽爆破预处理[35]等;生物预处理,如微生物预处理等[36-38]㊂每种方法都有其优缺点,可根据实际生产情况进行选择㊂3纤维素酶水解的影响因素在木质纤维素原料酶水解中,影响纤维素酶水解的因素有很多,包括纤维素酶和酶水解条件㊁酶的可及性㊁底物对纤维素的包覆等因素㊂纤维素酶是能够将纤维素降解为葡萄糖的酶的总称,分为内切型葡聚糖酶㊁外切型葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶β[39]㊂在一定的纤维素酶浓度范围内,酶解效率会随着纤维素酶浓度的增加而提高㊂T.K i n n a r i n e n等[40]在研究磨碎的废弃硬纸箱的酶解过程中发现纤维素酶的浓度在很大程度上决定着还原糖的产率,但酶的用量也不是越多越好,当浓度达到一定程度时,水解速度的增加会变得缓慢㊂当纤维素酶的浓度适宜时,其催化反应还需要在合适的温度以及p H值范围内进行㊂J o n等[41]在模拟温度㊁酶和生物量负荷对糖产量影响时发现,在较低的温度和较低的酶负荷下纤维素更易转化为葡萄糖㊂通常情况下,纤维素酶水解最适宜的温度在40ħ~60ħ㊂p H值最适宜的范围在4.5~5.5㊂但也有研究表明[42],p H值>5.5会促进木质纤维素的酶解效率㊂底物对纤维素酶水解也有着重要的影响,主要体现在纤维素的结晶度㊁纤维素可及比表面积以及木质素和半纤维素的空间阻碍等方面㊂在水解过程中纤维素酶首先水解纤维素中较易接近的无定形区,有研究表明[43],破坏纤维素的晶体结构可增加其可及度从而加速纤维素的水解㊂酶对纤维素吸附量的大小往往由可及比表面积的大小决定,当底物的孔隙足够大时,通过纤维素酶系统的协同作用,可显著提高纤维素酶水解的效率[30]㊂增加可及比表面积还可以通过去除半纤维素和木质素的方式来增加木质纤维素原料的孔径和可及比表面积,减少酶的非生产性吸附,提高木质纤维原料的酶水解效率[44]㊂3.1木质素—酶相互作用的机制许多研究表明,木质素对木质纤维原料的酶水解有着显著的抑制作用㊂尽管研究者已经对木质素和水解酶之间的相互作用做了大量的工作,但对这些相互作用背后的机制仍然不够清楚㊂目前认为酶水解中木质素的抑制作用主要来源于:1)木质素引起的非生产性吸附;2)木质素的空间结构[45]㊂3.1.1非生产性吸附纤维素酶和木质素之间的非生产性吸附主要与疏水作用[46]㊁静电作用[47]㊁氢键作用[48]有关㊂3.1.1.1疏水作用疏水作用指的是酶结构中的芳香性氨基酸的残基与木质素表面疏水基团的结合㊂纤维素酶中碳水化合物结合域和木质素之间的疏水作用被认为是纤维素酶催化木质素非生产性结合的主要原因㊂除了碳水化合物结合域以外,纤维素酶催化域上的疏水区域也被认为会导致对木质素的吸附[49]㊂K.T.H o d g s o n等[50]测量了木质素和441西北林学院学报36卷纤维素的接触角,发现木质素的接触角大于纤维素的接触角,说明木质素的疏水性高于纤维素,当木质素与纤维素同时存在时,纤维素酶会优先吸附木质素㊂3.1.1.2静电作用虽然疏水作用是主要的驱动力,但静电作用对蛋白质在固体表面的吸附行为也起着重要的作用㊂水相环境中官能团(如木质素的羧基㊁羟基㊁酶的氨基酸残基)的缔合㊁解离会使木质素和酶产生表面电荷,从而引起它们之间的静电相互作用[51-52]㊂在水溶液中,木质素的基团(羟基和羧基)会发生电离使其表面带有负电;而纤维素酶表面有许多暴露在外的氨基酸残基,这是一种两性基团,它所带的电荷性质会随着p H条件的变化而改变[45]㊂例如,当等电点一定时,β-葡萄糖苷酶在p H <5.5时带正电,几乎完全吸附带负电的木质素;而当p H值增加到6.0时,β-葡萄糖苷酶对木质素的吸附能力显著降低㊂但对于外切型葡聚糖酶和内切型葡聚糖酶来说,p H的变化对木质素-酶相互作用的影响并不明显,因为这2种酶的等电点均<5.0,并且在其应用p H值范围5.0~6.0显示出负电荷[53]㊂3.1.1.3氢键作用氢键作用是通过木质素和酶中的羟基发生的,在这些基团中,酚羟基直接负责酶的吸附,而脂肪族和羧基羟基被认为有助于木质素-酶的离子相互作用[54]㊂目前对木质素与纤维素酶之间的氢键结合的研究较少,因此需要进一步研究氢键对木质素-酶相互作用的影响㊂3.1.2空间位阻除了酶的非生产性吸附外,木质素还可以通过空间位阻来抑制纤维素水解㊂在木质纤维原料预处理的过程中,木质素可以迁移到纤维表面,导致整个生物量基质重新分布;也可以通过溶解的木质素重新凝聚形成液滴沉积在纤维素表面,阻碍酶在纤维表面的吸附,进一步抑制纤维素的水解[46]㊂J.K.K o等[55]在高温液态水预处理混合阔叶木的过程中,用电镜扫描观察了在细胞壁表面形成的球形液滴,发现这些液滴主要是疏水性的木质素,它们沉积在纤维素表面阻碍了水解,直观地解释了空间位阻对纤维素酶水解的影响㊂3.2木质素结构单元对纤维素酶水解的影响木质素结构单元的差异,直接影响木质素的分子结构,是木质素大分子结构差异的最主要的因素㊂木质素的组成因素对酶解过程中有着显著影响,被认为是酶水解的障碍,而在组成因素中,S/G比是研究最多的因素之一㊂S/G比之所以能影响酶水解,是因为它会影响木质素交联,进而影响植物细胞壁的三维结构和酶的纤维素可及性㊂许多研究者发现,S/G比与酶对木质素的吸附量呈负相关,但与纤维素水解产量呈正相关㊂例如, M.H.S t u d e r等[56]在对杨树样本研究的过程中发现,较高的S/G比意味着较高的脱木素率,由于高S/G比的木质素中不稳定的β-O-4键所占比例较高,导致它更容易进行预处理㊂因此在这种情况下,木质素更易水解㊂J.K.K o等[53]经过研究发现,G 单元含量高的木质素能吸附更多的纤维素酶,尤其是β-葡萄糖苷酶,木质素对β-葡萄糖苷酶的吸附间接抑制了阔叶木中纤维素的酶解,表明木质素的S/ G比在纤维素酶吸附木质素和生物质水解中的重要性㊂J.E.K i m等[57]研究了在相同反应条件下,草酸和硫酸催化剂对稀酸预处理生物质中木质素结构变化的影响㊂实验中发现,在草酸预处理的生物质中,由于G型木质素的含量较高,导致其对酶解效率有负面的影响㊂在比较酶在马尾松木质素膜与麦草㊁杨木木质素膜上的吸附量时,发现酶在马尾松木质素膜上的吸附量更高㊂而马尾松㊁麦草㊁杨木的S/G 比分别为0㊁0.5㊁1.47,因此这一结果可以证明G单元含量越高,吸附量越大[58]㊂然而,关于S/G比对于纤维素酶水解的影响还存着一些不同的结论㊂一些研究发现,S/G比与未经处理的木质纤维原料的酶水解呈负相关㊂在磨木木质素对纤维素酶的吸附实验中,L.P.T a n等[59]发现经过酸性亚硫酸盐预处理的磨木木质素显示出更高的S/G比以及更高的酶吸附能力㊂在研究桉树3个突变体及相应野生型在离子液体预处理前后对纤维素水解能力的影响时,G.P a p a等[60]发现,高S/G 比木质素会导致葡萄糖产率降低(r=0.97;P< 0.03;n=4),但不影响离子液体预处理后的葡萄糖产率㊂这是由于离子液体预处理的高效性掩盖了S/G比值改变的影响㊂也有一些研究表明,生物原料的水解能力不受S/G比的影响㊂为了研究S/G 比对苜蓿酶促水解的影响,B.S.D i e n等[61]创建了转基因苜蓿,这种苜蓿的S单位含量低于野生型苜蓿,经过实验未发现S/G比对经过稀酸预处理的苜蓿的酶水解有显着影响㊂N.A.T o b i m a t s u等[62]培育出了G㊁S㊁H单元含量较高的木质素,经过实验发现,G㊁S单元的含量对纤维素酶水解的影响几乎为零,而H单元的增加对纤维素酶水解有促进作用,它所产生的葡萄糖几乎是从前的2倍,因此研究者认为,与G和S单元的含量相比,木质素结构中醛基的含量才是酶水解的决定性因素㊂由于H单元在木材中的含量较少,对于H单元对纤维素酶水解的影响的研究较少㊂有数据表明,H单体可能与β-1-4-葡聚糖链而不是半纤维素541第2期黄丽菁等:木质素与酶的作用机制及其在纤维素酶水解中的影响研究进展连接,从而导致小麦和水稻中纤维素结晶度降低,因此H/G对水稻和小麦木质纤维素糖化有积极影响[63]㊂H单元之所以会产生积极作用,可能是因为木质素分子量降低㊁纤维素结晶度由于H单元与葡聚糖链的连接而降低或者是H单元的结合活性高于G㊁S单元[64]㊂F.F.G u o等[65]却在试验中发现木质素中H单元的浓度可能对吸附量没有影响㊂松木木质素和白杨木质素几乎含有相等的H单元,松木木质素的吸附量大于白杨木质素㊂秸秆木质素比松木木质素具有更多的H单元和较弱的亲和力,红麻木质素比白杨木质素和松木木质素具有更多的H单元和较弱的吸附能力,说明H单元数量的增加并没有增加吸附能力㊂秸秆木质素比红麻木质素具有更多的H单元和更大的亲和力,说明H单元数量的增加也没有降低亲和力㊂这些结果表明,H单元的数量可能与吸附能力无关㊂4展望酶水解是利用木质纤维原料生产生物乙醇的重要途径,而木质素通常被认为对木质纤维原料的酶水解有着显著的抑制作用㊂近年来,随着各种技术的综合利用以及新技术的开发,针对木质素对纤维素酶水解的影响的研究越来越多㊂在木质素对酶水解或酶吸附的研究中,由于木质素结构不同的底物,其生物构造㊁化学组分的构成㊁分子结构和超分子聚集态等也各不相同,传统的研究方法通常只能间接推测木质素对酶的吸附及对底物酶水解的影响㊂这也是目前对木质素结构如何影响酶水解存在不同观点的重要原因㊂如何消除非木质素因素的干扰,是解决这一难题的关键所在㊂未来的工作可以考虑制备具有不同单元构成的木质素样品,运用先进的技术,如耗散型石英晶体微分析天平,进行原位㊁实时研究不同结构单元的木质素,以及纤维素复合物在酶吸附和/或酶水解动态行为,在排除其他干扰因素(即除木质素结构不同,其他条件完全相同)的条件下,深刻认识木质素单一因素的影响,构建木质素结构单元与纤维素酶吸附及其对酶水解糖转化的构-效关系,为改进现有预处理方法及开发新的高效的预处理方法提供理论依据和技术支持,并有助于提高木质纤维素的酶解效率,实现以木质纤维素为原料进行生物乙醇高效转化的工业化生产㊂参考文献:[1]张海峰,杨军艳,吴建新,等.木质素氧化降解研究进展[J].有机化学,2016,36(6):1266-1286.Z H A N G H F,Y A N G J Y,WU J X,e t a l.R e s e a r c h p r o g r e s s o fl i g n i n o x i d a t i v e d e g r a d a t i o n[J].C h i n e s e J o u r n a l o f O r g a n i cC h e m i s t r 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两种食用菌菌糠的化学成分分析及热解液化研究

第20卷第11期2008年11月化学研究与应用Che m ical Research and App licati on Vol .20,No .11Nov .,2008收稿日期:2007209211;修回日期:2008204220基金项目:国家自然科学基金(20576084);教育部博士点基金(20050610013);高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划(2002);四川省应用基础基金(105JY029202522);四川大学创新基金资助项目联系人简介:胡常伟(19632),男,教授,主要研究方向:绿色化学与催化化学。

Email:chwehu@mail .sc .cninf o .net or gche m@scu .edu .cn文章编号:100421656(2008)1121457204两种食用菌菌糠的化学成分分析及热解液化研究杨　宇,罗　嘉,齐卫艳,苗　霞,李桂英,胡常伟3(绿色化学与技术教育部重点实验室,四川大学化学学院,四川　成都　610064)关键词:菌糠;二次生物质;热解液化;中图分类号:O629.1 文献标识码:A目前,由于煤、石油和天然气等不可再生的化石资源日益枯竭,将可再生的生物质资源转化为能源和化学品受到越来越多的关注[1],其中,热解液化作为独立的热化学转化技术在近年得到了很好的发展[2]。

通常的生物质热解液化都是以常见的一次生物质作为原料,例如:木材[3,4],竹子[5,6],农作物秸秆[7],藻类[8]等等,而二次生物质的热解液化研究少见报道。

我国正在努力建设节约型社会,提倡资源的多级利用和循环利用,因此开展二次生物质资源的转化利用研究,对更加完全有效地利用生物质资源,拓宽利用途径,实现生物质资源的高效综合利用有着重要的意义。

而且二次生物质资源价格更为低廉,在经济上也较一次生物质更为有利。

食用菌菌糠是一种经生物利用后所得的二次生物质,它是以麦秆、稻草等农业废弃生物质作为栽培料,栽培食用菌后残留的剩余物。

半纤维素降解菌的筛选及特性研究

半纤维素降解菌的筛选及特性研究半纤维素降解菌的筛选及特性研究摘要：半纤维素是一种广泛存在于各种植物资源中的多糖。

其主要成分是木聚糖，半纤维素的降解主要就是由木聚糖酶降解木聚糖生成单糖木糖。

现在就半纤维素降解菌的筛选培养及产酶优化、木聚糖酶酶活测定方法等方面的研究现状和发展前景进行了综述。

关键词：半纤维素、降解、木聚糖酶、筛选、优化前言我国纤维资源丰富，小麦、水稻、玉米等已经成为世界上分布最广、种植面积最大、总产量最高的粮食作物，其农产品的废弃物中纤维素、半纤维素含量较高，经纤维素酶水解后可作为生物质资源而被再次加以利用。

然而，在前些年这些潜在的资源无论作为动物饲料还是制浆造纸原料都没有得到充分利用。

近年来，纤维原料资源因丰富性和可再生性引起人们的广泛兴趣，特别是半纤维素的方面的研究取得较快进展。

国外已有不少的研究者对降解半纤维素的真菌和细菌进行了研究。

国内陆续出现了有关降解半纤维素菌的研究报道。

半纤维素是植物性材料的重要组成成分之一，是由己糖和戊糖组成的异质多糖，占15 - 30 % ,是陆生植物细胞壁的一种主要组分,较集中于初级和次级细胞壁中。

半纤维素酶是分解半纤维素的一类酶的总称，主要由各种细菌和霉菌发酵产生，在自然界中是仅次于纤维素的可再生有机资源。

与纤维素(β-1，4-葡聚糖主链)相比，半纤维素的结构与组成十分复杂，包括木聚糖、甘露聚糖、阿拉伯聚糖、阿拉伯半乳聚糖和木葡聚糖等多种组分，而其中又以木聚糖和甘露聚糖两种多糖与食品、饲料及制浆造纸工业关系最大。

微生物产生的半纤维素酶可降解半纤维素生成木糖及其它少量单糖,对研究半纤维素生物转化具有重要意义，如在生物制浆,转化半纤维素为单糖、酒精,处理造纸厂废水的环境污染等方面具有广阔的应用前景。

在煤、石油、天然气的储量日益减少的今天，纤维素可作为一种可持续发展的资源来研究和开发。

而且天然植物纤维资源丰富、价格低廉，突出的优点是具有生物可降解性和可再生性, 在解决人类所面临的能源、资源和环境问题方面有重要意义。

木质纤维素生物质热解及其产物研究

木质纤维素生物质热解及其产物研究目录第一章文献综述 (1)1.1 引言 (1)1.2 木质纤维素的热解过程 (1)1.2.1 纤维素热解 (2)1.2.2 半纤维素热解 (7)1.2.3 木质素热解 (8)1.2.4 真实生物质热解 (9)1.3 生物质催化热解 (11)1.4 工业热解反应器 (11)1.4.1 流化床反应器 (11)1.4.2 固定床反应器 (12)1.5 热解-气质联用技术 (13)1.6 本论文研究意义及主要内容 (14)1.6.1 研究意义 (14)1.6.2 本论文主要内容 (14)1.7 小结 (14)第二章实验部分 (16)2.1 试剂与仪器 (16)2.2 实验原料的表征 (17)2.2.1 白杨木屑灰分、水分、挥发分及固定碳含量测定 (17) 2.2.2 白杨木屑的提取物及三大组分的测定 (18)2.2.3 有机溶剂型木质素的提取 (19)2.2.4 实验原料的红外光谱测定 (20)2.3 生物质模型化合物酸洗预处理 (20)2.3.1 纤维素的酸洗处理 (20)2.3.2 酶解木质素的酸洗处理 (20)2.4 生物质模型化合物金属盐预处理 (21)2.4.1 机械混合法 (21)2.4.2 过量浸渍法（分散型硝酸镍催化剂） (21)2.5 热重分析 (TGA) (21)2.6 热解-气质联用 (Py-GC/MS) (21)2.7 分子筛催化剂表征 (22)2.7.1 氮气吸附-脱附表征 (22)2.7.2 氨气--程序升温脱附（NH-TPD） (23)3第三章生物质原料的热重分析 (25)3.1 原料的理化特性分析 (25)3.1.1 白杨木屑的灰分、含水量、挥发分和固定碳含量 (25) 3.1.2 白杨木屑的提取物及三大组分分析 (25)3.1.3 实验原料的红外光谱分析 (25)3.2 原料的热重分析 (29)3.3预处理对纤维素、酶解木质素热重分析的影响 (31)3.3.1 酸洗预处理对纤维素、酶解木质素热重分析的影响 (31) 3.3.2加盐预处理对纤维素、酶解木质素热重分析的影响 (33) 3.4小结 (35)第四章生物质原料的快速热解产物分析 (36)4.1 纤维素快速热解产物 (36)4.2 木聚糖快速热解产物 (38)4.3 不同木质素的快速热解产物 (40)4.4 白杨木屑快速热解产物 (45)4.5 温度对生物质模型化合物快速热解可凝产物分布的影响 (47) 4.6 小结 (48)第五章不同催化剂对纤维素快速催化热解的影响 (49)5.1 分散型催化剂Ni(NO3)2对纤维素热解的影响 (49)5.1.1分散型催化剂Ni(NO3)2对纤维素热分解性质的影响 (49)5.1.2分散型催化剂Ni(NO3)2对纤维素快速热解产物分布的影响 (50)5.2 HZSM-5催化剂对纤维素快速催化热解的影响 (52)5.2.1 HZSM-5催化剂快速催化热解产物分析 (52)5.2.2反应温度对HZSM-5催化剂快速催化热解产物分布的影响(54)5.3 HZSM-5催化剂的BET和NH3-TPD表征 (54)5.3.1氮气吸附-脱附（BET） (54)5.3.2氨气程序升温脱附（NH3-TPD） (56)5.4 小结 (56)第六章结论与展望 (57)6.1 结论 (57)6.2 展望 (58)参考文献 (59)发表论文和科研情况 (67)致谢 (68)第一章文献综述第一章文献综述1.1 引言木质纤维素生物质具有分布广、价格低、可再生等优点，利用好这一巨大的能源宝库，将会从根本上扭转目前由能源问题引发的一系列环境和社会问题。

木质生物质的生物分解及生物转化

木质生物质的生物分解及生物转化木质生物质指的是植物通过光合作用生成的有机资源,主要由纤维素、半纤维素和木质素3种高分子物质构成,如树木、农作物秸秆等。

全世界每年由光合作用生成的木质生物质约2 000亿t,相当于全世界每年消费能源的10倍,其中树木固定的木质生物质占整体的90%~95%(赵广杰,2004)。

然而,我国目前却存在着对木质生物质资源的严重浪费。

如我国木材加工工业采伐、加工剩余物每年就达到1 000万t(刘家建,1995);农业生产中的剩余物(农作物秸秆)每年也多于5亿t(吴坤等,2000),有效利用的只占很少一部分,大部分被浪费掉。

同时在人们的日常生活中还会有大量弃置不用的木质材料,我国年产废弃木质材料360万t,如废旧家具、木制包装,建筑施工时遗弃的废木料(每年300万m3),道路及城市园林绿化系统更新的树木等(王珊珊等,2004)。

这些废弃木质材料的处理要花费大量的资金,占用大量的土地。

因此有专家提出关于废弃木质材料回收及再生利用的建议(崔积常等,2004)。

在美国,把废弃的木质材料称为“第四种森林”,是倒在地上的森林(王珊珊等,2004)。

这些材料如果能被再次利用,势必产生巨大的经济效益和社会效益。

随着经济和社会的发展以及人口的增长,对粮食和能源的需求也在逐渐增长,面对着不可更新的化石资源面临枯竭,粮食和能源危机成了当前人类发展所面临的重要问题。

用微生物酶可以将木质生物质材料分解转化,得到葡萄糖和各种低聚糖作为人类的营养品和保健品,得到菌体蛋白可以作为人类食品和动物饲料,葡萄糖继续发酵还可得到乙醇、甲烷等清洁燃料。

因此,木质生物质作为一种可更新的有机资源,对于解决粮食和能源问题以及城市废弃木质资源有双重意义。

同时这种木质材料的生物转化过程又不会对环境造成污染,有很好的发展前景,近些年来愈来愈受到人们的关注和重视。

1·1多糖的生物分解木材中的多糖指的是纤维素和半纤维素。

纤维素是一切植物体的主要组成部分,由β-D-葡萄糖通过β-1,4糖苷键相结合而形成的链状高分子聚合物,聚合度在7 000~10 000之间,占植物体干质量的50%左右,地球上每年由光合作用生成的纤维素约 1 100亿t(张全福等,1994;Kubiceket al.,1993),是最丰富的木质生物质资源。

生物质的化学转化及其应用研究

生物质的化学转化及其应用研究生物质可以被定义为一切来自可再生资源的物质，包括木质素，纤维素，半纤维素，淀粉，蔗糖等，这些物质可以通过化学转化变为生物燃料和化学品。

生物质的化学转化技术已经成为当前可持续发展的热点领域之一，具有可再生、可降解、无毒无害等诸多优点，本文将对生物质的化学转化及其应用研究进行深入探讨。

一、生物质的化学转化技术1. 糖类的转化生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素等聚合物以及蛋白质、脂类和碳水化合物等小分子组成，其中碳水化合物即糖类占据很大的比重。

因此，糖类的转化是生物质的主要化学转化路线之一。

糖类的转化技术主要通过裂解、加氢、缩合、氧化等反应途径进行。

2. 纤维素的转化纤维素是构成植物细胞壁的基本物质之一，其可转化为生物质燃料和化学品的方法主要有：酸催化裂解、碱催化裂解、生物转化、化学处理等。

3. 木质素的转化木质素是植物细胞壁中的次要成分，其化学结构复杂而多样，难以被生物降解。

生物质中含有的木质素是可以通过热解、氧化、还原和酸碱处理等手段进行转化。

二、生物质的应用研究1. 生物质燃料生物质燃料是指以植物生物质为原料生产的各种燃料，如生物柴油、生物乙醇、再生可持续的纤维素醇等。

生物质燃料具有独特的优点，如天然环保、资源可续、CO2排放低等，但也存在一些长期的技术问题，如生产成本高、燃料适用性差等难题需要解决。

2. 生物基化学品生物基化学品是由生物质衍生而来的各种有机合成化学品，如生物基宽带、生物基涂料、生物基石油、生物基颜料等。

生物基化学品由于其原料来源可持续性强和具有良好的可降解性，可以用来替代传统的石化化学品，在提高可持续发展能力和环境友好性方面具备很大的潜力。

3. 生物质塑料生物质塑料是由生物质转化而来的一类塑料，包括聚乳酸、淀粉聚合物等，其可以被有效的回收利用和降解。

相比传统塑料，生物塑料对环境的影响更小，更易于回收利用，具有更好的可持续性。

三、总结与展望生物质的化学转化技术将生物质转化为生物燃料和化学品的过程不断完善，其在生物质资源保护和资源高效利用方面具备重大的潜力。

植物木质素的合成与调控研究进展

植物木质素的合成与调控研究进展丁霄;曹彩荣;李朋波;吴翠翠;曹美莲;杨六六【摘要】木质素作为植物次生细胞壁的重要组分,分布于输导组织和木质化组织细胞壁中,不仅具有提高细胞壁的隔水性和机械强度,而且在提高植物的抗病抗逆方面也发挥着重要作用.对植物木质素的种类、合成调控和利用基因工程从源头调控植物木质素含量等方面的研究现状进行了概述;随着转基因技术的发展,有望通过更多更有效的途径来改变植物木质素的组成.【期刊名称】《山西农业科学》【年(卷),期】2016(044)009【总页数】6页(P1406-1411)【关键词】木质素;合成与调控;基因工程【作者】丁霄;曹彩荣;李朋波;吴翠翠;曹美莲;杨六六【作者单位】山西省农业科学院棉花研究所,棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室,山西运城044000【正文语种】中文【中图分类】Q943.2木质素是植物经类苯丙酸途径合成的单体经进一步分化形成的3个苯丙烷衍生物通过化学键聚合而成的高分子化合物[1]。

其大量存在于植物的木质部纤维素纤维之间，通过形成交织网来硬化细胞壁，能够使木质部维持极高的硬度，以形成植株的形态，承载整株植物的重量，并形成较强的抗压能力，因此，木质素在维管植物的进化中发挥着重要作用[2]。

在木本植物中，木质素占25%～30%；在草本植物中，木质素占16%；在自然界有机物中的含量仅次于纤维素，是植物转化太阳能形成的重要有机物之一[3]。

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AbstractCellulose 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。

木质纤维素的微生物法降解及其饲料化研究进展

木质纤维素的微生物法降解及其饲料化研究进展
李鑫;李建勋;王雨萌;张文娟;武山开;宋文军
【期刊名称】《饲料工业》
【年(卷),期】2024(45)9
【摘要】农作物秸秆是农业生产过程中的副产物,是地球上第一大可再生资源,我国是农作物秸秆资源量较为丰富的国家。

木质纤维素是秸秆细胞壁的主要成分,是一
种可循环利用的物质资源,在饲料领域具有很大的利用价值。

木质纤维素的结构紧
密且复杂,利用难度大,采用生物法降解木质纤维素是一种绿色、安全、高效的方式。

文章概述了木质纤维素的组成成分及结构,重点叙述了自然界中降解木质纤维素的
微生物种类,及微生物降解木质纤维素各组分的降解机理,以期为研究生物降解木质
纤维素提供参考依据,进而促进秸秆饲料化的发展进程。

【总页数】8页(P137-144)
【作者】李鑫;李建勋;王雨萌;张文娟;武山开;宋文军
【作者单位】天津商业大学生物技术与食品科学学院;贵州国台酒业集团股份有限
公司;贵州国台酒业集团研究院
【正文语种】中文
【中图分类】S816.5
【相关文献】
1.培菌白蚁菌圃微生物降解木质纤维素的研究进展
2.瘤胃微生物对木质纤维素降解的研究进展
3.瘤胃微生物在木质纤维素价值化利用的研究进展
4.农作物秸秆木质
纤维素生物降解酶及降解菌的研究进展5.白蚁-共生微生物系统降解木质纤维素研究进展
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双孢蘑菇培养料中纤维素降解菌的分离与纯化

研究。
污染问题【卜。１。近年来，迅速发展的食用菌产业对秸杆的利用发挥了重大作用，用来栽培双孢蘑菇Ｉ４］、巴西蘑菇ｉｓ】等多种食用菌，菌渣回田，变废为宝，实现
无害化循环利用。双孢蘑菇［Ａｇａｒｉｃｕｓｂｉｓｐｏｒｕｓｑ．Ｅ．Ｌａｎｇｅ）Ｉｍｂａｃｈ］是
在我国农业生产中，每年产生了大量的农作物秸杆如小麦秸杆、稻草等，由于其主要成分木质素、纤维素和半纤维素的分子结构稳定，难以有效利用，
酵是在一定的环境条件下，由原料自身或空气中所
带有的微生物的生长代谢而引发的一种高温、好氧
的生物降解过程；微生物繁殖活动是降解或转化纤
福建轻纺２０１６年１２月第１２期
璃珠，振荡３０ａｒｉｎ，无菌纱布过滤，提取清液，以备待
用。
基的三角瓶中，５０ｃＩＣ，１８０ｒ・ａｉｒｎ振荡培养５ｄ，将培养液于４ｃＩＣ，４０００ｒ・ｍｉｎ一１离心１５ｍｉｎ，取上清液作为粗酶液。１．４．２．２标准曲线的绘制采用３，５～二硝基水杨酸比色定糖法测定酶解液中还原糖的含量。分别取ｌｍｇ・ｍＬ叫葡萄糖标准溶液０，０．２，０．４，０．６，０．８，１．０，１．２，１．４，１．６ｍＬ，依次加入９支２０ｍＬ的比色试管中，用蒸馏水稀释到２．０ｍＬ，
基纤维素钠（ＣＭＣ— Ｎａ）５．０ｇ，ＮａＣ１５ｇ，ＫＨ２ＰＯ４

细胞中的纤维素和木质素的生物降解机制

细胞中的纤维素和木质素的生物降解机制纤维素和木质素是植物细胞壁中的主要组成部分，其对植物的结构和功能至关重要。

但是，由于其高度的复杂性和纤维素结晶的强度，造成它们的降解相当困难，需要各种酶类蛋白的协同作用。

在大多数情况下，纤维素和木质素的生物降解主要是由微生物完成的。

其中最重要的为真菌、细菌、古菌等在环境中存在的微生物。

而微生物中则包括了各种能够分解木质素和纤维素的菌种，这些菌种具有高度的特异性，根据不同的微生物分类、生长条件，木质素和纤维素的生物降解机制也会发生变化。

纤维素的生物降解纤维素是由许多β-葡聚糖链相互交织而成的复杂生物高分子物质，是植物细胞壁中最丰富的组分之一，其结晶区晶胞面阵列堆叠排布，大量的交联构造使其热稳定性和机械强度都非常高，极其难以被降解。

微生物中，具有降解纤维素能力的菌只有极小的一部分。

通常，能够降解纤维素的微生物可以产生细胞外酶来降解周围环境中的纤维素。

纤维素酶主要分为三种，即聚糖酶、催化酶和酯酶，其中聚糖酶和催化酶主要针对纤维素分子中的β-葡聚糖链进行效果显著，而酯酶则主要作用于纤维素和木质素中的脂肪酰基。

在细菌和古菌中，分解纤维素的主要酶包括细菌纤维素酶（Cellulases）、纤维素乙酰化酶（Acetylesteretse）、纤维素结合蛋白（Cellulose-binding protein）等。

真菌能够分泌Cellulases、Acetylesteretse、β-glucosidases、xylanases、hemicellulases等降解酶类。

由此可见，虽然纤维素作为植物细胞壁的主要成分，但是被真菌、细菌等微生物降解时，需要多种复杂酶从分子链中逐渐降解出单糖分子才能真正被分解，其过程相当复杂。

木质素的生物降解与纤维素相比，木质素是含氧的天然高分子化合物，具有独特的结构和环节，是植物细胞壁中不可分割的一部分。

不同于纤维素，由于木质素有一定的芳香环结构和立体构型，其降解极其复杂。

木质素的提取方法及综合利用研究进展

近年来，许多科研人员致力于优化木质素的提取方法。其中，超声波辅助提取和微波辅助提取因其高效、环保的特性而受到广泛。超声波的空化作用可以加速木质素与溶剂的混合，从而提高提取效率。而微波则可以通过其热效应使木质素更容易从木材中释放出来。
除了提取方法，木质素的纯化也是研究的重点。由于木质素在提取过程中常常与其它物质如纤维素、半纤维素等混合在一பைடு நூலகம்，因此需要进一步纯化以获得高纯度的木质素。目前，常用的纯化方法包括沉淀法、柱层析、膜分离等。
物理法是通过物理手段如高温、高压或超声波等将木质素从植物细胞壁中分离出来。物理法的优点是条件温和、对环境友好且提取效率较高，但设备成本较高。
3、综合利用
木质素的综合利用途径主要包括以下几个方面：
(1)医药领域：木质素具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等药理作用，可被用于制备药物。例如，从松树皮中提取的木质素可以用于治疗慢性肾功能衰竭。
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在黑木耳多糖提取完成后，需要进行综合利用。黑木耳多糖具有广泛的生物活性，可以应用于医药、保健品、化妆品等多个领域。例如，将黑木耳多糖添加到药品中，可以用来治疗癌症、肝炎等疾病；将黑木耳多糖添加到保健品中，可以增强人体免疫力、抗氧化能力；将黑木耳多糖添加到化妆品中，可以起到保湿、抗衰老的作用。
在未来，随着科技的不断进步和研究深入，木质素的提取方法和综合利用将会取得更大的突破。例如，可以利用人工智能和大数据技术对木质素的性质和功能进行预测和分析，开发更加高效和环保的提取方法和综合利用技术。同时，也可以探索木质素在其他领域的应用，如能源领域等。
5、结论
木质素的提取方法和综合利用研究在医药、农药、兽药、化妆品等领域具有广泛的应用前景。然而仍存在一些挑战，例如不同来源木质素的结构差异和质量不稳定等问题。为了推动木质素的应用研究和发展，需要进一步深入研究木质素的性质和功能，开发高效的提取方法和综合利用技术。

蘑菇栽培废料的厌氧发酵研究

·111·试验研究农业开发与装备 2018年第9期摘要：蘑菇在生长的过程中，会产生纤维素、降解木质素以及半纤维素等等，通过对木质纤维素进行降解，能够获得所需营养物质。

蘑菇的人工栽培料一般是由玉米秸秆、稻草、锯木屑等共同构成，同时配合着碳铵等进行调合。

因此，蘑菇在配料实则也相当于木质纤维素的集合。

主要对蘑菇栽培废料的厌氧发酵进行了研究。

关键词：蘑菇；栽培废料；厌氧发酵0 引言在我国，菌类年生产量巨大，但受技术条件和生产理念的限制，还未能对菌糠进行大范围的应用，随处可见的蘑菇栽培料，不仅导致了严重的环境污染问题，同时还会引发病虫害。

近年来，个别研究人员开始尝试将蘑菇栽培料用于沼气生产，通过厌氧发酵，不仅可有效缓解废物综合利用问题，同时也从根本上避免了的降解、结壳不完全的问题。

1 试验材料和方法分析1.1 试验材料栽培废料：一般是由锯末、玉米秸秆、玉米轴等共同构成，含水率在26%左右，VS含量约为85.9%，N含量在1.59%，C含量在36.0%。

沼液：选取自试验地实验室的IC反应器。

活性污泥：取自试验地某污水处理厂。

仪器设备：COD测定仪、气相色谱仪、自动定氮仪等等[1]。

1.2 试验方式由集水瓶、气体收集瓶以及反应瓶（见图1）等共同构成了反应系统，并通过排水集气法对气体进行收集，每天测量一次排水量。

试验过程中，主要选择常温发酵的方式，对着房间温度的变化，系统反应温度也会随之产生变化，如在反应初期阶段，温度一般会保持在28℃，反应结束之后，温度可达到31℃，发酵周期通常在35天左右。

1.取样口2.反应瓶3.气体取样口4.气体收集瓶5.集水瓶图1 试验装置示意图2 结果与分析2.1 发酵过程中的形态变化蘑菇栽培废料在经过自然风干之后，工作人员可手工将其撕碎，团粒尺寸在2 cm以下，完成装料之后，对其发酵过程中的形态变化进行仔细观察。

试验表明，肥料在发酵的初期阶段中，可见少许下沉，在4 h之后颗粒开始下沉，溶液的颜色也随之变深。

纤维素降解菌资料

纤维素降解菌资料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，秸秆利用的研究从过去的降解纤维素的研究转向了木质的降解研究，作者对此进行了综述’木质素降解微生物的种类在自然界中，能降解木质素并产生相应酶类的生物只占少数%木质素的完全降解是真菌、细菌及相应微生物群落共同作用的结果，其中真菌起着主要作用% 降解木质素的真菌根据腐朽类型分为：白腐菌———使木材呈白色腐朽的真菌；褐腐菌———使木材呈褐色腐朽的真菌和软腐菌%前两者属担子菌纲，软腐菌属半知菌类% 白腐菌降解木质素的能力尤于其降解纤维素的能力，这类菌首先使木材中的木质素发生降解而不产生色素%而后两者降解木质素的能力弱于其降解纤维素的能力，它们首先开始纤维素的降解并分泌黄褐色的色素使木材黄褐变，而后才部分缓慢地降解木质素% 白腐菌能够分泌胞外氧化酶降解木质素，因此被认为是最主要的木质素［，］降解微生物!木质素的生物降解的应用木质素的生物降解目前成功地用于生产实践的实际应用尚不多见，但在有些方面的研究已经显现出诱人的前景-&）造纸工业分解木质素的酶类在造纸工业上的应用有两个方面，一是用改造旧的造纸工艺，用于生物制浆、生物漂白和生物脱色-黄孢原毛平革菌和P.brvispora等在国外已经得到成功利用-如用P.brvispora)(%/ 进行生物制浆预处理可降低47%的能耗并增加了纸浆的张力，但它们的木质素降解率和产酶量都还是极为有限的，处理时间过长，距大规模推广应用尚有一定的距离- 二是木质素分解菌或酶类用于造纸废［］水的处理，这方面的国内外研究报告已有很多且已取得了一定的实效0 -%）饲料工业木质素分解酶或分解菌处理饲料可提高动物对饲料的消化率- 实际上，木素酶和分解菌的应用已经突破了秸秆仅用于反刍动物饲料的禁地，已有报道饲养猪、鸡的实验效果- 目前，以木素酶、纤维素酶和植酸酶等组成的饲料多酶复合添加剂已达到了商品化的程度-"）发酵与食品工业木质纤维素中木质素的优先降解是制约纤维素进一步糖化和转化的关键，已有很多实验偿试使用秸秆进行酒精发酵或有机酸发酵，但看来这还有很长的路要走-在食品工业如啤酒的生产中，可使用漆酶等进行沉淀和絮凝的脱除，使酒类得到澄清-!）生物肥料传统上曾使用高温堆肥的办法来使秸秆转化为有机肥料，但这些操作劳动强度大，近年来不为农民所欢迎最近，秸秆转化为有机肥料的简单而行之有效的办法是秸秆就地还田但是，还田秸秆- -在田间降解迟缓并带来了一系列的耕作问题，而解决这些问题的关键是加速秸秆的腐熟过程，因此，以白腐菌为代表的木质素降解微生物为这种快速腐熟提供了理论上的可能性-在国内，已有几家科研单位在进行相相似文献(10条)1.期刊论文李燕荣.周国英.胡清秀.冯作山.LI Yan-rong.ZHOU Guo-ying.HU Qing-xiu.FENG Zuo-shan 食用菌生物降解木质素的研究现状-中国食用菌2009,28(5)木质素是农作物秸秆中的主要成份之一,木质素降解直接影响秸秆等植物资源的利用效率.从降解木质素的食用菌种类、食用菌木质素降解酶系及其营养调控机理、应用前景共4个方面,综述了食用菌生物降解秸秆木质素的研究现状.2.学位论文黄红丽堆肥中木质素的生物降解及其与腐殖质形成关系的研究2006随着社会的发展，有机固体废物的排放急剧增加。

半纤维素酶高产菌株的筛选、鉴定及产酶条件的研究

半纤维素酶高产菌株的筛选、鉴定及产酶条件的研究张庆芳;马菁玲;孔秀琴;贾小宁;陈吉祥;赵霞【摘要】实验采用木聚糖为唯一碳源,利用平板透明圈筛选和摇瓶培养基发酵相结合的方法,筛选得到一株具有木聚糖降解效果的菌株,记为2a1,经形态学和分子生物学鉴定为曲霉属(Aspergillus).通过液体摇瓶发酵对该株菌发酵产木聚糖酶所需的碳源、氮源、起始pH值、培养温度、培养时间等条件进行研究,从实验结果可以看到上述因素均对产酶量有一定的影响.在单因素的基础上,设计一个3因素3水平的正交试验,根据证交试验结果确定这株菌株的最佳产酶条件为:产酶培养基中木聚糖添加量为6g·L-1,起始pH值为4.5,30℃,150 r·min-1恒温振荡箱培养84h;其中起始pH值的影响最为显著.【期刊名称】《中国沼气》【年(卷),期】2015(033)005【总页数】5页(P11-15)【关键词】筛选;木聚糖酶;液体发酵;优化【作者】张庆芳;马菁玲;孔秀琴;贾小宁;陈吉祥;赵霞【作者单位】兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】Q539.5;S216.4近年来由于产业结构调整，水果和蔬菜集约化种植的迅速发展，果蔬废弃物的大量产生和富集已经构成了对农田、水体、果蔬配送市场和其他人居环境的严重威胁，成为一种不可忽视的污染源。

据统计，中国每年产生的果蔬废弃物高达l 亿吨，其中绝大部分没有进行资源化利用而被当作垃圾随意丢弃或者排放到环境中，给空气、水体和人居环境都带来了风险。

因此，对果蔬废弃物的处理、加工和利用成为消除污染实现资源化利用的必然途径。

几种木腐真菌降解木质素效果研究

随着生物质能源开发利用的进一步升温以及我国国情的实际,人们越来越将未来生物质能源,尤其是生物乙醇的开发对象放到能源林的利用上。

但在利用林木资源生产生物乙醇的过程中,首先要打开木质纤维素的壁垒保护,释放出乙醇生产菌能够利用的营养物质。

因为在一般木材中,纤维素占40%~50%,还有10%~30%的半纤维素和20%~30%的木质素。

这些物质是不能直接被生物乙醇菌利用的,必须先将其降解成生物乙醇菌能直接利用的简单多糖。

虽然纤维素类物质较易于被降解,但是它们是被木质素所包裹着的,木质素的一个主要作用就是防止植物体遭受微生物的侵害和降解[1],因此问题的实际关键是木质素的降解。

国内外的研究显示,白腐菌是降解木质素的主要菌类,尤其以多孔菌科为最优。

目前,国内在该方面从事研究的人员很多,也都取得了一定的成就,笔者也在此方面做了一些工作,现将工作情况初报如下。

1材料与方法1.1供试材料选用对木质素分解能力最强的多孔菌作为研究对象。

以灵芝(南韩品种,江苏沿江地区农业科学研究所保藏种)、猴头菌(江苏沿江地区农业科学研究所保藏种)、云芝(江苏沿江地区农业科学研究所野外采集优选种)、拟云芝(江苏沿江地区农业科学研究所野外采集优选种)为试验用种。

供试木质材料为柳树锯木屑。

培养皿直径为8.5cm 。

母种培养基:木屑200g ,麦麸50g ,玉米粉30g ,葡萄糖20g ,磷酸二氢钾3g ,硫酸镁2g ,食母生6片,维生素B 11片,琼脂15~25g ,水2000mL 。

1.2试验方法每培养皿称取新鲜木屑5g ,用琼脂作为凝固剂,加水、加热溶化,趁热倒入培养皿中,与木屑混合均匀,制成平板。

将母种接种到培养皿中央,23~28℃自然状态下培养。

2d 测量菌落生长状况1次。

每个品种接种3皿。

木质素降解率采用克拉松木质素测定法,计算公式如下:R (%)=[(W -W 1)/W ]×100(1)式(1)中,R 为木质素损失率,W 为对照值,W 1为样本值。

木质素的生物降解及其应用

第20卷第6期2010年12月皮革科学与工程LEATHER SCIENCE AND ENGINEERINGVol.20，No.6Dec.2010文章编号：1004-7964（2010）06-0027-05木质素的生物降解及其应用李海涛，姚开*，何强，贾冬英（四川大学轻纺与食品学院，四川成都610065）收稿日期：2010-04-18基金项目：国家公益性农业科研专项基金（200803033-A004C ）第一作者简介：李海涛（1985-），男，河南永城人，硕士研究生，研究方向为食物资源化学，E-mail ：lihaitaoyong@ 。

通讯联系人：姚开，教授，E-mail ：yaokai555@ 。

摘要：综述了具有降解木质素能力的微生物和酶的种类及其降解特性，阐述了木质素生物降解在生物化学制浆、纸浆生物漂白、造纸废水生物处理、饲料工业、生物肥料等领域的应用现状，展望了木质素生物降解技术研究的发展趋势。

关键词：木质素；生物降解；微生物；酶；应用中图分类号：Q 948.12文献标识码：ABiodegradation and Applications of LigninLI Hai-tao ，YAO Kai *，HE Qiang ，JIA Dong-ying（College of Light Industry and Food Engineering ，Sichuan University ，Chengdu 610065，China ）Abstract ：In this paper ，the types and the degradation characteristics of ligninolytic microorganisms and lignin-degrading enzymes are introduced．In addition ，the practical applications of lignin biodegradation in biochemical pulping ，biological bleaching of pulp ，biological treatment of papermaking wastewater ，feed industry and bio-fertilizer are summarized．And tech-nology trends in lignin biodegradation are outlook．Key words ：lignin ；biodegradation ；microbes ；enzymes ；applications木质素资源十分丰富，是植物光合作用制造的总量仅次于纤维素的有机化合物，估计全球的木质素年产量可达1500亿t 。

木质素降解酶的研究进展

木质素降解酶的研究进展胡雪竹【摘要】The paper reviews the research advance of ligninolytic enzymes from its composition, action mechanism, molecular biology research and nutrition regulation, and forecasts the application prospects of ligninolytic enzymes in the disposal of agricultural and industrial solid waste.%从木质素降解酶的组成、作用机理、分子生物学研究、营养调控研究4个方面对木质素降解酶研究新进展进行了综述,并对木质素降解酶在工农业固体废弃物处理方面的应用做了展望.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2011(039)011【总页数】4页(P6326-6328,6363)【关键词】木质素;木质素降解酶;作用机理;分子生物学;营养调控【作者】胡雪竹【作者单位】南阳农业学校,河南南阳473000【正文语种】中文【中图分类】S183木质素是一种最丰富的可再生大分子有机物，一般的微生物很难分解，因此，木质素的降解也是能否有效利用纤维素的关键［1］。

降解木质素不仅可以缓解环境污染，还可以变废为宝，实现资源再利用［2］。

近几年来，关于木质素的研究越来越深入，人们对于木质素的认知也越来越清晰。

张辉等认为木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的聚酚类三维网状高分子芳香族化合物，结构复杂，分子量大，是自然界中仅次于纤维素的最为丰富的有机物［3］。

典型木质素的基本结构单元的先体醇大致包括3种:松柏醇、芥子醇和对 -香豆醇［4］。

1 木质素降解酶的种类木质素的生物降解在地球碳循环中有着极为关键的作用，与木质素降解有关的酶最早在白腐真菌的胞外培养液中发现。