《综合讲解纤维素酶》PPT课件
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纤维素酶 ppt课件
纤维素酶
纤维素酶的发酵
引言
• 纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合 物，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。据 估计，地球纤维素每年通过光合作用的更新量约 为4.0X 1010吨。
• 纤维素是地球上最丰富的多糖物质，是植物细胞 壁的主要组分，占植物秸秆干重的l／3～l／2，也 是自然界存在的最多的一类可再生生物聚合物。
纤维素酶理化特性
三：最适温度
• 酶反应存在一个最适温度。一般纤维素酶的最适 温度范围为40—60℃。纤维素酶各组分热稳定性 也存在差异，内切酶(Cx)的最适温度为50～60℃， 热稳定性好，在95℃时仍保留一般的酶活性；不 同来源的β—葡萄糖苷酶的最适温度均为50～60 ℃ 。然而有研究报道，β—葡萄糖苷酶具有很高 的耐温性，在50℃保温60h，仍保持95%以上的 活性，最适温度为70℃。也有报道，康宁木霉中 的外切酶(C1)具有特殊的热稳定性，其最适温度 为40～60℃。
纤维素酶的发酵工艺
一:固体发酵工艺
• 1 固体发酵工艺特点: 固体发酵法又称麸曲培养法，是
以秸秆粉、废纸、玉米秸秆粉为主要原料，拌入种曲 后．装入盘或帘子上，摊成薄层(厚约1 cm)，在培养室一 定温度和湿度(RH 90％一100％)下进行发酵。 • 其主要特点是发酵体系没有游离水存在，微生物是在有足 够湿度的固态底物上进行反应，发酵环境接近于自然状态 下的微生物生长习性，产生的酶系更全，有利于降解天然 纤维素，且投资低、能耗低、产量高、操作简易、回收率 高、无泡沫、需控参数少、环境污染小等。但固体发酵法 易被杂菌污染，生产的纤维素酶分离纯化较难．且色素不 易去除。
纤维素酶理化特性
一：分子量
• 不同来源、不同组分的纤维素酶分子量差别较大，其变化 范围很广。
纤维素酶的发酵
引言
• 纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合 物，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。据 估计，地球纤维素每年通过光合作用的更新量约 为4.0X 1010吨。
• 纤维素是地球上最丰富的多糖物质，是植物细胞 壁的主要组分，占植物秸秆干重的l／3～l／2，也 是自然界存在的最多的一类可再生生物聚合物。
纤维素酶理化特性
三：最适温度
• 酶反应存在一个最适温度。一般纤维素酶的最适 温度范围为40—60℃。纤维素酶各组分热稳定性 也存在差异，内切酶(Cx)的最适温度为50～60℃， 热稳定性好，在95℃时仍保留一般的酶活性；不 同来源的β—葡萄糖苷酶的最适温度均为50～60 ℃ 。然而有研究报道，β—葡萄糖苷酶具有很高 的耐温性，在50℃保温60h，仍保持95%以上的 活性，最适温度为70℃。也有报道，康宁木霉中 的外切酶(C1)具有特殊的热稳定性，其最适温度 为40～60℃。
纤维素酶的发酵工艺
一:固体发酵工艺
• 1 固体发酵工艺特点: 固体发酵法又称麸曲培养法，是
以秸秆粉、废纸、玉米秸秆粉为主要原料，拌入种曲 后．装入盘或帘子上，摊成薄层(厚约1 cm)，在培养室一 定温度和湿度(RH 90％一100％)下进行发酵。 • 其主要特点是发酵体系没有游离水存在，微生物是在有足 够湿度的固态底物上进行反应，发酵环境接近于自然状态 下的微生物生长习性，产生的酶系更全，有利于降解天然 纤维素，且投资低、能耗低、产量高、操作简易、回收率 高、无泡沫、需控参数少、环境污染小等。但固体发酵法 易被杂菌污染，生产的纤维素酶分离纯化较难．且色素不 易去除。
纤维素酶理化特性
一：分子量
• 不同来源、不同组分的纤维素酶分子量差别较大，其变化 范围很广。
纤维素酶的作用机理及其在饲料中的应用课件
纤维素酶的提取与
纯化
通过适当的提取和纯化方法，可 获得高纯度、高活性的纤维素酶， 为进一步研究和应用提供基础。
纤维素酶的应用前景
饲料工业
纤维素酶可添加到饲料中，提高饲料利用率和动物生长性 能。通过降解纤维素，可释放出更多的营养物质供动物吸 收利用。
生物能源
纤维素酶在生物能源领域具有广阔的应用前景。利用纤维 素酶将植物秸秆等纤维素类物质转化为生物燃料，可缓解 能源危机并减少环境污染。
纤维素酶的应用可以减少动物粪便中未消化营养物质的含量 ，降低环境污染。
04
纤维素酶在饲料中的研 究现状与展望
纤维素酶的研究现状
纤维素酶的种类与
特性
目前已经发现多种纤维素酶，包 括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶 和纤维二糖酶等，这些酶具有不 同的作用方式和特性，共同作用 分解纤维素。
纤维素酶的来源
纤维素酶可来源于真菌、细菌和 放线菌等微生物，不同来源的酶 具有不同的性质和应用特点。
纺织工业
纤维素酶在纺织工业中可用于处理棉麻等天然纤维，改善 纤维品质和织物性能。通过降解纤维细胞壁，可获得更柔 软、更光滑的纤维。
纤维素酶的研究方向
提高纤维素酶的活性与稳定性
针对不同来源和性质的纤维素酶，研究其作用机制和结构特征 ，通过基因工程和蛋白质工程手段改良酶的活性与稳定性。
协同作用机制研究
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纤维素酶对纤维素的分解过程
纤维素酶通过水解作用将纤维素分解 成可被动物消化吸收的葡萄糖。
纤维素酶主要包括内切葡聚糖酶、外 切葡聚糖酶和纤维二糖酶，它们协同 作用，完成对纤维素的分解。
纤维素酶的催化机制
纤维素酶通过活性位点上的催化氨基 酸与纤维素的羟基结合，形成酯键或 水解键，从而将纤维素分解。
综合讲解纤维素酶PPT课件
7
纤维素酶对纤维素的作用机理
天然纤维素酶解过程可分三个阶段：
首先是纤维素对纤维素酶的可及性 其次是纤维素酶的被吸附与扩散过程 最后是由EG、CBH和βG自组织复合 体协同作用降解纤维素的结晶区，同时 由EG、CBH和βG随机作用纤维素的无定 形区。
8
9
结晶纤维素 葡萄糖
C1 无定形 纤维素 Cx
纺织
棉布后整理、生物抛光
饲料工业
饲料酶、秸秆青贮
酒
啤 酒
应用
精 发
工 业
酵
玉米酒精
食品及
红薯酒精
发酵工业
秸秆酒精
果汁加工、功能性成分提取
中草药成分提取
11
纤维素酶水洗牛仔裤
12
秸秆酒精流程 13
影响纤维乙醇产业化的主要因素
（1）木质纤维素预处理技术有待进一步优化和提高。由于天然 纤维素原料的结构复杂的特性，使得其纤维素、半纤维素和 木质素三者不能有效分离；另外伴随产生一些中间副产物， 实验表明，这些物质抑制酵母的生长和代谢，最终影响乙醇 产率。
酸性纤维素酶是一种具有3—10个或更多个组分构成的 多组分酶。依其作用可分为:
β-1，4-内切葡聚糖酶（Endo-β-Glucanase ，简称 EG,Cx）,主要作用于无定形纤维素,水解产生纤维糊精,纤维 寡糖.
β-1,4-外切葡聚糖（纤维二糖水解）酶 （Cellobiohydrolase， CBH,C1 ）,主要作用于结晶纤维 素,产生纤维二糖.
（2）缺乏高效的纤维酶菌株，现有的纤维素酶制剂水解效果较 低，使得酶解糖化经济成本较高，当前生产一吨纤维乙醇需 要酶制剂成本在2200～2600元。
（3）缺乏能够同时高效利用戊糖和己糖的发酵菌株。在木质纤 维水解中，其中有相当比重的木糖（葡萄糖/木糖约为2：1）。 因此，戊糖的利用是影响纤维乙醇综合成本的关键一项。
纤维素酶对纤维素的作用机理
天然纤维素酶解过程可分三个阶段：
首先是纤维素对纤维素酶的可及性 其次是纤维素酶的被吸附与扩散过程 最后是由EG、CBH和βG自组织复合 体协同作用降解纤维素的结晶区，同时 由EG、CBH和βG随机作用纤维素的无定 形区。
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结晶纤维素 葡萄糖
C1 无定形 纤维素 Cx
纺织
棉布后整理、生物抛光
饲料工业
饲料酶、秸秆青贮
酒
啤 酒
应用
精 发
工 业
酵
玉米酒精
食品及
红薯酒精
发酵工业
秸秆酒精
果汁加工、功能性成分提取
中草药成分提取
11
纤维素酶水洗牛仔裤
12
秸秆酒精流程 13
影响纤维乙醇产业化的主要因素
（1）木质纤维素预处理技术有待进一步优化和提高。由于天然 纤维素原料的结构复杂的特性，使得其纤维素、半纤维素和 木质素三者不能有效分离；另外伴随产生一些中间副产物， 实验表明，这些物质抑制酵母的生长和代谢，最终影响乙醇 产率。
酸性纤维素酶是一种具有3—10个或更多个组分构成的 多组分酶。依其作用可分为:
β-1，4-内切葡聚糖酶（Endo-β-Glucanase ，简称 EG,Cx）,主要作用于无定形纤维素,水解产生纤维糊精,纤维 寡糖.
β-1,4-外切葡聚糖（纤维二糖水解）酶 （Cellobiohydrolase， CBH,C1 ）,主要作用于结晶纤维 素,产生纤维二糖.
（2）缺乏高效的纤维酶菌株，现有的纤维素酶制剂水解效果较 低，使得酶解糖化经济成本较高，当前生产一吨纤维乙醇需 要酶制剂成本在2200～2600元。
（3）缺乏能够同时高效利用戊糖和己糖的发酵菌株。在木质纤 维水解中，其中有相当比重的木糖（葡萄糖/木糖约为2：1）。 因此，戊糖的利用是影响纤维乙醇综合成本的关键一项。
纤维素酶概述 PPT
一项研究说明常规硫酸盐蒸煮在参加药液以前采用粗纤维素酶片真空预浸渍木片45能够降低所得浆的卡伯值金银花绿原酸提高26中药破壁提取虽然目前纤维素酶用于植物药效成分提取的研究尚不多见但得出的结果比理能明显提高植物药有效成分的提取121减量处理减量处理主要是改善织物的柔软弹性和悬垂性
纤维素酶的概述
小组成员：牛 浩 李为珺 褚洪官 王龙伟
液体深层发酵生产纤维素酶
液体发酵法(SP)是指将微生物接种到液体培养基中进行培养的方法。液体发酵法分为液体表层发酵法和液体深层 发酵法。 纤维素酶液态发酵通常是将秸秆粉、玉米芯、麸皮等原材料经粉碎等预处理后进行高压蒸汽灭菌，然后送至发酵 罐内，同时接入纤维素酶菌种，从罐底部通入无菌空气进行物料的气流搅拌，发酵过程控制适宜的温度、pH 值等 发酵条件，其工艺流程如图 2 所示。
三、纤维素酶法处理改善纤维成纸性能
纤维素酶处理硫酸盐浆能够提高成纸的抗张指数；纤维素酶还能够提高薄页纸的柔软性；纤维素酶处理纸浆，还可改 善纤维压缩性，使纸页微孔性下降、密度提高、透明度提高。
在造纸行业的应用
四、抑制导管脱落
纤维素酶能够提高阔叶木导管的柔韧性 ，酶法处理能够使导管脱落程度降低 ,同时，纸浆的滤水性 、平滑度和抗张强 度都得到了提高。纤维素酶抑制导管脱落是由于减缓了前期结晶态纤维聚集的原因。
②固定化细胞
技术
②技术：具有减少对细胞的剪切 伤害，提高产物的制备效率，提 高产品收率，方便产物回收，同 时可降低产物的生产成本，实现 连续化生产等优点。
①固-液交替
新型发酵工 艺
③技术：操作简单，且可以提高发酵效率甚至形成新产 品，从而取得与复杂 DNA 体外重组技术类似的效果。 进行混菌发酵时，由于不同菌种产生的纤维素酶系不同， 除了可以对酶的各组分进行补充优化，混菌发酵还能减 弱一些发酵过程中的抑制作用。
纤维素酶的概述
小组成员：牛 浩 李为珺 褚洪官 王龙伟
液体深层发酵生产纤维素酶
液体发酵法(SP)是指将微生物接种到液体培养基中进行培养的方法。液体发酵法分为液体表层发酵法和液体深层 发酵法。 纤维素酶液态发酵通常是将秸秆粉、玉米芯、麸皮等原材料经粉碎等预处理后进行高压蒸汽灭菌，然后送至发酵 罐内，同时接入纤维素酶菌种，从罐底部通入无菌空气进行物料的气流搅拌，发酵过程控制适宜的温度、pH 值等 发酵条件，其工艺流程如图 2 所示。
三、纤维素酶法处理改善纤维成纸性能
纤维素酶处理硫酸盐浆能够提高成纸的抗张指数；纤维素酶还能够提高薄页纸的柔软性；纤维素酶处理纸浆，还可改 善纤维压缩性，使纸页微孔性下降、密度提高、透明度提高。
在造纸行业的应用
四、抑制导管脱落
纤维素酶能够提高阔叶木导管的柔韧性 ，酶法处理能够使导管脱落程度降低 ,同时，纸浆的滤水性 、平滑度和抗张强 度都得到了提高。纤维素酶抑制导管脱落是由于减缓了前期结晶态纤维聚集的原因。
②固定化细胞
技术
②技术：具有减少对细胞的剪切 伤害，提高产物的制备效率，提 高产品收率，方便产物回收，同 时可降低产物的生产成本，实现 连续化生产等优点。
①固-液交替
新型发酵工 艺
③技术：操作简单，且可以提高发酵效率甚至形成新产 品，从而取得与复杂 DNA 体外重组技术类似的效果。 进行混菌发酵时，由于不同菌种产生的纤维素酶系不同， 除了可以对酶的各组分进行补充优化，混菌发酵还能减 弱一些发酵过程中的抑制作用。
纤维素酶课件
四，纤维素酶活力测定方法简介
1，刚果红透明圈法。 2，滤纸酶（FPase）活测定 3，微晶纤维素酶（C1）活测定 4，β-糖苷酶（β-Gase）活测定 5，CMC酶活测定。
五、纤维素酶的发酵制备
纤维素酶的产酶菌很多, 主要有细菌、放线菌和 丝状真菌。其中丝状真菌具有产酶的诸多优点: 产生 的纤维素酶为胞外酶, 便于酶的分离和提取; 产酶效率 高, 且产生的纤维素酶酶系结构较为合理; 同时可产生 许多半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等。从纤维素酶的 工业化制备及其应用的角度, 采用丝状真菌产酶具有 更大的意义。 从目前的研究进展来看, 由于里氏木霉Rut C30和 QM 9414 同时具有较为稳定的性状、优质高产纤维素 酶的能力和较好的“抗代谢阻遏”能力, 因此, 它们被 认为是最具有工业应用价值的菌株。
纤维素酶是诱导酶, 发酵过程中纤维素酶 的大量合成必须有诱导物的作用。纤维素、 纤维低聚糖及其他结构类似物均可作为纤维 素酶的诱导物, 因此, 用于纤维素酶发酵制备 的培养基, 首先必须加入这些物质。为降低 成本, 简化诱导物的制备工艺, 通常采用富含 这些物质的原料(包括植物纤维原料、各种 酒糟、乳糖、淀粉水解糖等) 作碳源, 使产酶 过程中充当碳源的物质同时起着诱导物的作 用。
纤维素酶的提取
纤维素酶的应用
在食品工业中的应用 纤维素酶在食品工业应用极为广泛。如将纤维素酶应用于豆 腐生产工艺中，结果表明，在大豆浸渍时添加0.5%～5.0%纤 维素酶，可提高4.00%～11.01%豆腐出品率，且所产豆腐色质 和风味无明显变化，同时不改变原有生产工艺路线，其经济效 益比较明显。 在饲料工业中的应用 畜禽饲料中含有大量的纤维素，除某些反刍动物具有分解纤 维素能力外，大部分畜禽不具此能力。纤维素酶是畜牧业中的 一种新型饲料添加剂，能够分解结构复杂的纤维素，生成易消 化物质葡萄糖，摧毁细胞壁释放内容物，便于动物消化吸收。 在洗涤剂工业中的应用 近年来，碱性纤维素酶在洗涤剂上应用改变传统去污机制。 。 其它方面 纤维素酶在造纸、地质钻井、草药提取等方面均有很大应用 潜力
纤维素酶概述ppt课件
纤维素酶来源及分类
来源：
真菌(mainly)： 木霉属、曲霉属和青霉属，如 绿色木霉菌,康宁木霉菌,黑曲霉，绳状青霉、变幻青霉等.
细菌: 好氧菌：如纤维单胞菌属、纤维弧菌属、噬胞菌属 厌氧菌：厌氧性的芽孢梭菌属、产琥珀酸拟杆菌、牛黄瘤胃球菌、白色瘤胃球菌、溶纤维丁酸弧菌等 超古菌：激烈火球菌等.
放线菌: 好氧放线菌：生二素链霉菌 高温单孢菌属:弯曲高温单孢菌及假诺卡氏菌属等
植物、动物及原生动物: 蜗牛,蟑螂等.
按照纤维素降解微生物和纤维素酶系之间的关系，可将纤维素酶系分为三类：
① 一是对天然纤维素的降解能力比较弱，但可大量合成分泌到胞外的纤维素降解酶系，酶的组分是 游离的，如常见的木霉、青霉的纤维素酶系；
② 二是对天然纤维素降解能力强，但分泌到胞外的纤维素酶系活力较低，如担子菌类等； ③ 三是对天然纤维素分解能力强，但基本无纤维素酶分泌到胞外，如厌氧细菌的纤维素酶系。
纤维素酶石磨水洗的牛仔裤
在洗涤剂行业的应用
目前在加酶洗衣粉中 使用的共有4种：蛋白 酶、脂肪酶、淀粉酶、 纤维素酶。它们有着 对污垢的特殊去污能 力，并且具有在洗衣 粉配方中所占成本较 少而洗涤效果提高很 大的特性。
在饲料行业的应用
纤维素是自然界中十分丰 富的资源，可通过用纤维 素酶来有效利用农副产品 的脚料秸秆和糠类来作为 饲料，进而提高畜禽的生 产性能，提高饲料的消化 率和利用率，改善饲料的 营养价值，提高经济效益， 故而纤维素酶具有广阔的 发展前景!
三、纤维素酶法处理改善纤维成纸性能
纤维素酶处理硫酸盐浆能够提高成纸的抗张指数；纤维素酶还能够提高薄页纸的柔软性；纤维素酶处理纸浆，还可改 善纤维压缩性，使纸页微孔性下降、密度提高、透明度提高。
在造纸行业的应用
纤维素酶
• 中科院微生物研究所董志扬等用康宁木霉通过γ射 线照射和亚硝基胍交替处理，诱变出一株纤维素 酶高产菌株T801，其产酶能力提高1.77倍.
• 青岛海洋大学管斌等对里氏木霉进行低剂量、反 复多次紫外线、亚硝基胍复合诱变处理方法，用 “以2-脱氧葡萄糖作为降解产物阻遏物”高效筛 选方法，选育得到一株抗分解代谢阻遏的突变株， 纤维素酶活力提高三倍。
• 。
• •
4在食醋酿造中的应用 在食醋酿造过程中，降纤 维素酶与糖化酶混合使用， 课明显提高医疗的 利用率 和出品率。
• 5在啤酒工业中的应用 • 将纤维素酶应用于啤酒工 业的麦芽生产中，可增加 麦芽的溶解性，加快 发芽， 减少糖化液中R-葡萄糖含 量，改进过滤性
纤维素酶在纺织行业的作用
• 纤维素酶能作用与天然或再生纤维素纤维, 包括棉、麻、竹纤维、构木纤维、粘胶纤 维、铜氨纤维和Lyocell纤维等,纤维素酶对 织物减量处理后,可去掉织物表面茸毛,使织 物光洁、明亮、柔软,打光并减少起球现象。 根据处理的目的不同,可进行生物抛光、柔 软减量、改善光泽以及石磨水洗等加工。
葡糖糖
外切酶C1酶作用于不溶性的固体表面,疏松纤维素结晶结构 并起水化作用，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分 子的末端部分游离，从而使纤维素链易于水化。内切酶Cx 酶随机水解非结晶纤维素、可溶性纤维素衍生物和纤维寡 糖、纤维糊精， β-葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解 成葡萄糖。
纤维素酶在食品业中的应用
纤维素酶的应用前景
• 目前，纤维素酶可广泛用于食品、纺织、 饲料、酿酒、石油勘探、中药成分提取等 众多领域，特别是在纺织、洗涤、造纸和 生物能源等工业应用上具有重要地位。
纤维素乙醇
• 纤维素酶将来最大的用途，或者可以使其 产量得到巨大增长的工业需求将是纤维素 乙醇的开发。自上世纪70年代石油危机以 来，世界各国都致力于开发新的可再生能 源，而生物乙醇是被普遍看好的新型燃料。 进入21世纪，利用纤维素酶转化纤维素物 质产生葡萄糖进而发酵获得生物乙醇，可 以避免对粮食作物的大量损耗，引起了各 国政府和研究机构的重视，这其中的关键 是纤维素酶的成本问题。
纤维素酶类糖苷水解酶及其降解机理ppt课件
• 粘连模块与酶上对接模块在种内的结合是非专一性的，而 在种间的相互作用却是专一性的。生化水平上，包含对接 模块的酶与包含粘连模块的脚手架间的结合本质上是非特 异性的。
• 对接过程中粘连模块总体结构本质上不变，对接模块发生
了构象变化。
◈⊃ ► ◄ ■
H
19
◈⊃ ► ◄ ■
图4.4 热纤梭菌Ⅰ型粘连模块红色和 Ⅰ型对接模块蓝色相互作用示意图
热纤梭菌脚手架蛋白CBM的三 维结构已经被解析其拓扑结构为一
◈个由⊃9个β►片层◄组成■的果冻卷。H
图4.4 热纤梭菌脚手架蛋白上的CBM结 构示意图
24
厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.4.2酶分子的CBM
• 酶上的CBM不是保持酶复合体接近底物表面所必需的结构。 然而其具有潜在的功能，似乎是单个酶专一性结合底物， 特别是其在分子水平上结合单个底物分子链（如可溶性的 β- 葡聚糖或木聚糖链）。
可分为两个过程： 纤维素结晶超分子结构的破坏。（需外加能量）
糖苷键的断裂。（为酶催化反应，是动力学过程）
◈⊃ ► ◄ ■
H
45
纤维素酶4持.6续.1性纤降解维结素晶酶纤维分素子的-动底态物催之化过间程的结合过程
① 纤维素酶通过结合结构域吸附到底物上； ② 定位于底物表面上特定的化学键上； ③ 形成酶-底物复合物； ④ β⑤ 纤维素酶从底物脱吸附，或重复第4步，当催化结构
◈⊃ ► ◄ ■
H
10
4.4.1 纤维小体的一般组装模式
• 结构蛋白：初级脚手架蛋白，锚定脚手架 蛋白等
• 催化模块：纤维素酶、半纤维素酶等
◈⊃ ► ◄ ■
H
11
③②
4.4.1
纤
维
• 对接过程中粘连模块总体结构本质上不变，对接模块发生
了构象变化。
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图4.4 热纤梭菌Ⅰ型粘连模块红色和 Ⅰ型对接模块蓝色相互作用示意图
热纤梭菌脚手架蛋白CBM的三 维结构已经被解析其拓扑结构为一
◈个由⊃9个β►片层◄组成■的果冻卷。H
图4.4 热纤梭菌脚手架蛋白上的CBM结 构示意图
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厌氧细菌纤维素酶的结构与功能
4.4.4.2酶分子的CBM
• 酶上的CBM不是保持酶复合体接近底物表面所必需的结构。 然而其具有潜在的功能，似乎是单个酶专一性结合底物， 特别是其在分子水平上结合单个底物分子链（如可溶性的 β- 葡聚糖或木聚糖链）。
可分为两个过程： 纤维素结晶超分子结构的破坏。（需外加能量）
糖苷键的断裂。（为酶催化反应，是动力学过程）
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纤维素酶4持.6续.1性纤降解维结素晶酶纤维分素子的-动底态物催之化过间程的结合过程
① 纤维素酶通过结合结构域吸附到底物上； ② 定位于底物表面上特定的化学键上； ③ 形成酶-底物复合物； ④ β⑤ 纤维素酶从底物脱吸附，或重复第4步，当催化结构
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4.4.1 纤维小体的一般组装模式
• 结构蛋白：初级脚手架蛋白，锚定脚手架 蛋白等
• 催化模块：纤维素酶、半纤维素酶等
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③②
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纤
维
纤维素酶发酵工艺与应用ppt课件
3.1.1固体发酵工艺流程
3.1.2固体发酵工艺条件
pH
时间
pH最好为酸性，有利于真 菌的生长而抑制细菌的滋 生。
影响因素
温度
含水量应视纤维材料种类不同而异。玉米 秸秆培养基适宜的含水量为 1∶ (2～215) (w /w) ，麦秸培养基适宜的含水量为 1∶ ( 1～1.5) , 啤酒糟培养基的含水量为 1∶1。
概述
概述
工艺流程
工艺流程
工艺条件
工艺条件
纤维素酶发酵生产的重点之一是将2种以上产酶微生物一起接种进行混合发酵， 利用它们所产各纤维素酶系的互补作用，生产出优质高效的混合纤维素酶。
3.1固体发酵工艺
• 固体发酵法又称麸曲培养法，是以秸秆粉、废纸、
玉米秸秆粉为主要原料，拌入种曲后，装入盘或帘 子上，摊成薄层 (厚约 1 cm) ，在培养室一定温度 和湿度 (RH 90% ～100% ) 下进行发酵。产生的酶 系更全，有利于降解天然纤维素，且投资低、能耗 低、产量高、操作简易、回收率高、无泡沫、需控 参数少、环境污染小等。但固体发酵法易被杂菌污 染，生产的纤维素酶分离纯化较难，且色素不易去 除。
β葡糖苷酶
2.1纤维素酶的来源
来源
昆虫、软体动物、原生动物 、细菌、放线菌和真菌等都 能产生纤维素酶。
纤维素酶
霉菌 细菌
细菌中酶活力较强的菌种有 纤维粘菌属、生抱纤维粘菌 属和纤维杆菌属、放线菌中 有黑红旋丝放线菌、玫瑰色 放线菌、纤维放线菌和白玫 瑰放线菌等。
目前研究较多的是霉菌，其中酶活力 较强的菌种为木霉、曲霉、根霉和青 霉、特别是里斯木霉、绿色木霉、康 氏木霉等较为典型、是目前公认的较 好的纤维素酶生产菌。
3.2.1液态深层发酵工艺流程
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医学PPT
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产纤维素酶细菌
• 有粪肥纤维单胞菌(Cellulomonas fimi)， • 高温单胞菌属,高温单胞菌(Thermomonospora. fusca) • 梭菌属,如丁酸梭菌(Clostridium butyricum) • 芽孢杆菌(Bacillus sp.)等。 • 尤其是一些厌氧菌，如梭状芽孢杆菌(C. thermocellum)和
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纤维素酶对纤维素的作用机理
天然纤维素酶解过程可分三个阶段：
首先是纤维素对纤维素酶的可及性
其次是纤维素酶的被吸附与扩散过程
最后是由EG、CBH和βG自组织复合 体协同作用降解纤维素的结晶区，同时 由EG、CBH和βG随机作用纤维素的无 定形区。
医学PPT
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医学PPT
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结晶纤维素 葡萄糖
C1 无定形
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纤维素的显微结构
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纤维素酶 组成成份及其特征
纤1，4-葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖 和葡萄糖的一组酶的总称，它不是单一酶，而是起协同作 用的多组分酶系。
酸性纤维素酶是一种具有3—10个或更多个组分构成的多 组分酶。依其作用可分为:
D-葡 萄 糖 残 基 通 过 β-1,4-糖 苷 键 连接起来的线形
高分子聚合物， 分子量约 600000— — 15000
00， 聚 合 度 从 几 百 至 1500左 右 。 其链呈带状，链
内与链间都有氢 键。其中，链内 氢键通过葡萄糖
上 6位 的 OH和 相 邻
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植物纤 维素的高聚 合度、毛细 管结构、本 质素和半纤 维素所形成 的保护层及 其超分子结 构中具有高 结晶度 (crystallin ity index) 的结晶区存
纤维素的利用前景诱人，但难度不小。
地球每年陆生植物可产纤维素约5×1011吨 (5000
亿吨), 我国每年秸秆6-7亿吨
合成速率相当于全人类每人每天70千克
是地球上最丰富的再生资源,约占地球生物总量的 60% 。
80％纤维素未被开发利用
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纤维素生物质
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纤维素分子 是由许多吡喃型
拟杆菌(B.cellulosolvens)，分泌的纤维素酶具有很高的比
活力，但是它们不能产生高酶效价。
• 此外栖息于草食动物的消化道、特别是反刍动物的瘤胃中 的厌氧性细菌,可产生纤维素酶,对纤维素进行分解，如产琥 珀酸拟杆菌、牛黄瘤胃球菌、白色瘤胃球菌、溶纤维丁酸
弧菌等。
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不同来源微生物纤维素酶的性质比较
β-1，4-内切葡聚糖酶（Endo-β-Glucanase ，简称 EG,Cx）,主要作用于无定形纤维素,水解产生纤维糊精,纤 维寡糖.
β-1,4-外切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（Cellobiohydrolase， CBH,C1 ）,主要作用于结晶纤维素,产生纤维二糖.
β-葡萄糖苷酶（β-Glucosidase，βG）,水解纤维二糖为葡 萄糖。
酶源
最适pH 最适温度 酶组分
绿 色 木 霉 4.5-5.0 里 氏 木 霉 (4.8) 康氏木霉
50-60 ℃ EG,CBH, βG
黑曲霉 4.8
50 ℃
EG,βG
少量CBH
腐殖菌
7.0（耐碱 50-55℃ 性）
EG,βG 少量CBH
嗜碱芽孢 9.5
40-45℃ EG
杆菌
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纤维素分解菌的筛选方法
纤维素 Cx
βG
纤维
二糖
外切酶C1酶作用于不溶性的固体表面,疏松纤维 素结晶结构并起水化作用，使形成结晶结构的纤 维素链开裂，长链分子的末端部分游离，从而使 纤维素链易于水化。内切酶Cx酶随机水解非结晶 纤维素、可溶性纤维素衍生物和纤维寡糖、纤维 糊精， β-葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解 成葡萄糖。
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磷酸膨化纤维素平板筛选法：
纤维素刚果红培养基法： 纤维素能同刚果红染料形成红色，而纤维素酶的 水解产物纤维糊精、纤维二糖和葡萄糖不能同刚 果红染料形成红色沉淀，为浅黄色，所以在纤维 素刚果红培养基上，凡能形成浅黄色水解圈的菌 落即是能产纤维素酶的菌株，还可以根据水解圈 的大小（产酶能力强水解圈大），估计菌株产酶 的情况，筛选高产菌株。
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产纤维素酶的主要微生物
纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、软体 动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产 生纤维素酶。其中微生物主要的有：
霉菌类：
康氏木霉(Trichoderma koningii) 绿色木霉（ Trichoderma viride) 里氏木霉（ Trichoderma reesei ） 腐殖菌（Humicola insolens） 黑曲霉(Aspergillus niger) 斜卧青霉(Penicillium decumbens)、 解纤维顶孢霉(Acremonium cellulolyticus)等。
（2）缺乏高效的纤维酶菌株，现有的纤维素酶制剂水解效果较 低，使得酶解糖化经济成本较高，当前生产一吨纤维乙醇需 要酶制剂成本在2200～2600元。
（3）缺乏能够同时高效利用戊糖和己糖的发酵菌株。在木质纤 维水解中，其中有相当比重的木糖（葡萄糖/木糖约为2：1）。 因此，戊糖的利用是影响纤维乙醇综合成本的关键一项。
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纺织
棉布后整理、生物抛光
饲料工业
饲料酶、秸秆青贮
酒
啤 酒
应用
精 发
工 业
酵
玉米酒精
食品及
红薯酒精
发酵工业
秸秆酒精
果汁加工、功能性成分提取
中草医药学成PPT分提取
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纤维素酶水洗牛仔裤
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秸秆酒精流程
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影响纤维乙醇产业化的主要因素
（1）木质纤维素预处理技术有待进一步优化和提高。由于天然 纤维素原料的结构复杂的特性，使得其纤维素、半纤维素和 木质素三者不能有效分离；另外伴随产生一些中间副产物， 实验表明，这些物质抑制酵母的生长和代谢，最终影响乙醇 产率。
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纤维素酶分子是由球状的催化结构域 （Catalytic domains,CD）通过一个富含 脯氨酸或羟基氨基酸的连接桥（Linker） 和纤维素结合结构域（Cellulose binding domains,CBD）三部分组成。连接桥的 作用可能是保持CD和CBD之间的距离。
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