《综合讲解纤维素酶》PPT课件
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（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。
医学PPT
15
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
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。
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。
医学PPT
16
不同来源微生物纤维素酶的性质比较
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。
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8
医学PPT
9
结晶纤维素 葡萄糖
C1 无定形
4
纤维素的显微结构
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5
纤维素酶 组成成份及其特征
纤维素酶是生物炼制中的一种重要关键酶。
是水解纤维素β-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:
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。
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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17
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。
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Βιβλιοθήκη Baidu过葡萄糖
上 6位 的 OH和 相 邻
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3
医学PPT
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
医学PPT
18
磷酸膨化纤维素平板筛选法：
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10
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
11
纤维素酶水洗牛仔裤
医学PPT
12
秸秆酒精流程
医学PPT
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。
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14
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。
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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1
纤维素生物质
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2
纤维素分子 是由许多吡喃型
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6
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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（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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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
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。
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
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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。
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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
纤维素酶是生物炼制中的一种重要关键酶。
是水解纤维素β-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:
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。
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。
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Βιβλιοθήκη Baidu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
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磷酸膨化纤维素平板筛选法：
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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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14
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。
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
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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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