综合讲解纤维素酶.ppt
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土壤中纤维素分解菌的分离剖析ppt课件
8
制备菌悬液： 按照本专题课题1的稀释操作方法，将 选择培养后的培养基进行等比稀释，稀释最大 倍数至106。 涂布平板： 将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1 mL，滴加在平板培养基上，用涂布器将菌液 涂布均匀，在30 ℃倒置培养，至菌落长出。 每个稀释度下需涂布3个平板，并注意设置对 照。刚果红染色的具体操作步骤参照课本［资 料三］。
选择培养
梯度稀释
将菌悬液涂布到有特定选择作用的培养基上
挑选单菌落
发酵培养
15
本课题知识小结:
16
根据用途分 选择培养基——在培养基中加入某种化学
物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所 需要的微生物的生长
鉴别培养基——在培养基中加入某种指示
剂或化学药品,用以鉴别不同种类的微生物 。 例如：伊红和美蓝,和大肠杆菌的代谢产物结 合,使菌落呈黑色（老教材说法：深紫色,带 有金属光泽）, 鉴别大肠杆菌
10
1.本实验的流程与课题2中的实验流程 有哪些异同？
答：本实验流程与课题2的流程的区别如 下。课题2是将土样制成的菌悬液直接涂布在 以尿素为惟一氮源的选择性培养基上，直接 分离得到菌落。本课题通过选择培养，使纤 维素分解菌得到增殖后，再将菌液涂布在选 择培养基上。其他步骤基本一致。
11
2.为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素 分解菌？
13
5.为什么选择培养能够“浓缩”所需的微 生物？
答：在选择培养的条件下，可以使那些能 够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁 殖，而那些不适应这种营养条件的微生物 的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的 作用。
14
6.学完这个专题后,你能否总结出分离培养微生物 的一般方法?请用流程图表示.
制备菌悬液： 按照本专题课题1的稀释操作方法，将 选择培养后的培养基进行等比稀释，稀释最大 倍数至106。 涂布平板： 将稀释度为104～106的菌悬液各取0.1 mL，滴加在平板培养基上，用涂布器将菌液 涂布均匀，在30 ℃倒置培养，至菌落长出。 每个稀释度下需涂布3个平板，并注意设置对 照。刚果红染色的具体操作步骤参照课本［资 料三］。
选择培养
梯度稀释
将菌悬液涂布到有特定选择作用的培养基上
挑选单菌落
发酵培养
15
本课题知识小结:
16
根据用途分 选择培养基——在培养基中加入某种化学
物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所 需要的微生物的生长
鉴别培养基——在培养基中加入某种指示
剂或化学药品,用以鉴别不同种类的微生物 。 例如：伊红和美蓝,和大肠杆菌的代谢产物结 合,使菌落呈黑色（老教材说法：深紫色,带 有金属光泽）, 鉴别大肠杆菌
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1.本实验的流程与课题2中的实验流程 有哪些异同？
答：本实验流程与课题2的流程的区别如 下。课题2是将土样制成的菌悬液直接涂布在 以尿素为惟一氮源的选择性培养基上，直接 分离得到菌落。本课题通过选择培养，使纤 维素分解菌得到增殖后，再将菌液涂布在选 择培养基上。其他步骤基本一致。
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2.为什么要在富含纤维素的环境中寻找纤维素 分解菌？
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5.为什么选择培养能够“浓缩”所需的微 生物？
答：在选择培养的条件下，可以使那些能 够适应这种营养条件的微生物得到迅速繁 殖，而那些不适应这种营养条件的微生物 的繁殖被抑制，因此可以起到“浓缩”的 作用。
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6.学完这个专题后,你能否总结出分离培养微生物 的一般方法?请用流程图表示.
纤维素酶
解。因此，纤维素的完全降解有赖于这三类酶的合适的比
例，比例不当时会显著影响它们对纤维素的降解活力。
张晓静 2013.02
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶来源
纤维素酶来源非常广泛，昆虫、软体动物、微生物(细
菌、放线菌、真菌等)都能产生纤维素酶，如白蚁、小龙
虾等能产生完全不同于其内共生微生物群所产的纤维素 酶，反刍动物的瘤胃微生物也拥有强大的纤维素降解酶
酶解纤维素时，对无定形区仅EG即可使之水解，对于结
晶区则需要有EG和CBH的协同作用，而且在结晶纤维素 糖化过程中CB组分会使这种协同作用大大加强。
张晓静 2013.02
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶
对于天然结晶纤维素的水解，首先需要EG酶随机水解切
断无定形区的纤维素分子链，使结晶纤维素出现更多的纤 维素分子基端，为CBH酶水解创造条件，然后CBH酶作用 于纤维素末端基释放出纤维二糖，纤维二糖再由CB酶水解 成葡萄糖，在上述三类酶的协同作用下完成对纤维素的降
到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。而丝
状真菌具有产酶的诸多优点。
张晓静 2013.02
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶来源 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，且产生纤维 素酶的酶系结构较为合理；同时可产生许多半纤维素酶、 果胶酶、淀粉酶等。从纤维素酶工业化制备及其应用角 度看，研究和采用丝状真菌产酶具有更大意义。
依次切下纤维二糖单位。其单独作用于天然结晶纤维素时
酶活力较低，但在EG酶的协同作用下，可以彻底水解结晶 纤维素。
张晓静 2013.02
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶.精选PPT
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素酶
(3) β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase， ，BG) 又称为纤维二糖 酶(cellobiase，CB)。CB能水解纤维二糖和短链的纤维寡 糖生成葡萄糖，它对纤维二糖和纤维三糖的水解很快，随 着葡萄糖聚合度的增加，水解速度下降。 酶解纤维素时，对无定形区仅EG即可使之水解，对于结 晶区则需要有EG和CBH的协同作用，而且在结晶纤维素糖 化过程中CB组分会使这种协同作用大大加强。
细菌的产量也不高，且主要是内切葡聚糖酶，大多数细菌所产纤维素酶对结晶纤维素没有活性，另外，所产生的酶是胞内酶或吸附于 细胞壁上，很少能分泌到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。
一、纤维素低酶的，特性研及来究源很少。细菌的产量也不高，且主要是内切葡聚糖
纤维素酶的固体发酵法是以麸皮、谷糠、玉米秸秆等农业废弃物为主要原料，发酵条件接近于自然状态下真菌的生长条件，发酵后的
纤维素酶
（优选）纤维素 酶
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素
• 分布 • 化学组成
纤维素酶
• 定义 • • 工业菌种
一、纤维素酶的特性及来源
纤维素
纤维素占植物干重的35％～50％，是地球上分布最 广、含量最丰富的碳水化合物。
纤维素的化学组成十分简单，是由β-D-葡萄糖通过 β-1,4糖苷键连接而成的线形结晶高聚物，其聚合度很 大，通常由4000～8000个葡萄糖分子串联起来，分子 质量达200～2000kD。
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，且产生纤维 素酶的酶系结构较为合理；同时可产生许多半纤维素酶、 果胶酶、淀粉酶等。从纤维素酶工业化制备及其应用角 度看，研究和采用丝状真菌产酶具有更大意义。
《纤维素酶》课件
纤维素酶种类
包括纤维素酶A、纤维素酶B、纤维素酶C等。
Hale Waihona Puke 纤维素酶分类根据催化机理和催化位点的不同，分为β-1,4-葡 萄糖苷酶、β-葡萄糖甾苷酶和β-葡萄糖异甾苷酶。
纤维素酶的应用领域
1
生物制纤
应用于纺织业，提高纤维的柔软性和延展性，降低纺纱成本。
2
能源生产
用于生产生物燃料和生物柴油，替代传统能源，减少环境污染。
基于基因工程的创新
通过改造酶基因，开发出更高效、更稳定的纤维素酶。
绿色生产技术
研发绿色纤维素酶的生产工艺，减少能源消耗和环境污染。
3
农业领域
帮助植物更好地吸收营养，提高农作物产量和质量。
纤维素酶的研究进展
近年来，随着基因工程技术的发展，人们对纤维素酶的结构和功能有了更深入的认识，并通过改造酶基因和优 化酶工艺，提高了酶的催化活力和稳定性。
纤维素酶的生产方法和工艺
发酵法
利用高效产酶菌株通过发酵过程大规模生产纤维素 酶。
固体废弃物法
《纤维素酶》PPT课件
纤维素酶是一种能够降解纤维素的酶类物质，具有重要的生物学功能。它在 生物制纤、能源生产和农业领域有着广泛的应用。
纤维素酶的定义和作用
纤维素酶是一类具有降解纤维素能力的酶，主要作用是将纤维素分解为可溶 性的糖类，从而提供能量源和原料，促进生物体的生长和代谢。
纤维素酶的种类和分类
将农林废弃物等碳质原料与产酶菌固态发酵，从而 获得纤维素酶。
纤维素酶的应用案例
1 纺织业
纤维素酶可以改善纺织品的柔软度，增强织物的透气性和吸湿性。
2 能源生产
纤维素酶用于生产生物燃料和生物柴油，提供可再生能源。
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。
纤维素酶完整
第十章 纤维素酶
❖ 一、纤维素酶的定义 ❖ 二、纤维素酶的分类 ❖ 三、纤维素酶的作用方式 ❖ 四、纤维素酶的性质 ❖ 五、纤维素酶的生产 ❖ 六、纤维素酶的应用
.
1
一、纤维素酶的定义
❖ 指水解植物纤维或经物理、化学 方法处理过的纤维素（如CMC） 的β-1.4糖苷键的酶。
.
2
二、纤维素酶的分类
❖ （一）内切β-1.4葡聚糖水解酶 －Cx
❖ （二）外切β-1.4葡聚糖水解酶 －C1 1. β-1.4葡聚糖水解酶
2. β-1.4葡聚糖纤维二糖水 解酶
❖ （三） β-1.4葡萄糖苷酶－Cb
.
3
三、纤维素酶的作用方式
❖ （一）作用方式
❖ （二）对式
纤维素酶水解纤维素是各组分酶 （C1 、Cx 、Cb）协同作用的结果：
1.首先Cx 酶在纤维素内部随机的切 割，使其露出许多供外切酶作用的 末端。 2.然后在C1酶的作用下生成大量纤 维二糖和纤维寡糖。 3.最后Cb酶将他们进一步分解成葡 萄糖。
.
5
（二）对纤维素进行预处理
❖ 1.为什么对纤维素进行预处 理
天然植物纤维中除纤维素外还 含有与纤维素相当的半纤维 素（主要是戊聚糖还包含一 些果胶质）及20％的木质素； 纤维素本身为结晶结构。
和制备化工产品
.
18
❖ （三）纤维素酶是诱导酶，诱导物 为纤维二糖。
.
8
五、纤维素酶的生产
.
9
六、纤维素酶的应用
❖ （一）食品发酵工业 ❖ （二）饲料工业 ❖ （三）废弃纤维素生产糖液
与单细胞蛋白 ❖ （四）其他
.
10
第十一章 脂肪酶
❖ 一、定义 ❖ 二、水解部位 ❖ 三、催化反应 ❖ 四、分类 ❖ 五、催化特性 ❖ 六、脂肪酶特点 ❖ 七、脂肪酶生产菌 ❖ 八、脂肪酶的应用
❖ 一、纤维素酶的定义 ❖ 二、纤维素酶的分类 ❖ 三、纤维素酶的作用方式 ❖ 四、纤维素酶的性质 ❖ 五、纤维素酶的生产 ❖ 六、纤维素酶的应用
.
1
一、纤维素酶的定义
❖ 指水解植物纤维或经物理、化学 方法处理过的纤维素（如CMC） 的β-1.4糖苷键的酶。
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2
二、纤维素酶的分类
❖ （一）内切β-1.4葡聚糖水解酶 －Cx
❖ （二）外切β-1.4葡聚糖水解酶 －C1 1. β-1.4葡聚糖水解酶
2. β-1.4葡聚糖纤维二糖水 解酶
❖ （三） β-1.4葡萄糖苷酶－Cb
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3
三、纤维素酶的作用方式
❖ （一）作用方式
❖ （二）对式
纤维素酶水解纤维素是各组分酶 （C1 、Cx 、Cb）协同作用的结果：
1.首先Cx 酶在纤维素内部随机的切 割，使其露出许多供外切酶作用的 末端。 2.然后在C1酶的作用下生成大量纤 维二糖和纤维寡糖。 3.最后Cb酶将他们进一步分解成葡 萄糖。
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5
（二）对纤维素进行预处理
❖ 1.为什么对纤维素进行预处 理
天然植物纤维中除纤维素外还 含有与纤维素相当的半纤维 素（主要是戊聚糖还包含一 些果胶质）及20％的木质素； 纤维素本身为结晶结构。
和制备化工产品
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18
❖ （三）纤维素酶是诱导酶，诱导物 为纤维二糖。
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8
五、纤维素酶的生产
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9
六、纤维素酶的应用
❖ （一）食品发酵工业 ❖ （二）饲料工业 ❖ （三）废弃纤维素生产糖液
与单细胞蛋白 ❖ （四）其他
.
10
第十一章 脂肪酶
❖ 一、定义 ❖ 二、水解部位 ❖ 三、催化反应 ❖ 四、分类 ❖ 五、催化特性 ❖ 六、脂肪酶特点 ❖ 七、脂肪酶生产菌 ❖ 八、脂肪酶的应用
纤维素酶
纤 维 素 酶
纤维二糖酶
CＸ1酶：内切型酶，它从水合 非结晶纤维素分子内部作用于 β-（1，4)糖苷键，生成纤维 糊精与纤维二糖。
CＸ酶
CＸ2酶：外切酶，它从水合性纤维素 分子的非还原端作用于β-（1，4)糖背 键，逐步切断β-(1,4)糖节键生成葡萄 糖。纤维二糖酶则作用于纤维二糖， 生成葡萄糖 (何明清，1994)。
纤维素酶的作用机制
根据酶的作用方式纤维素酶分为：
C1酶
Shoemaker、Goeran 和Jinshce 等人相继发现，内切葡萄糖酶、 纤维二糖水解酶及β-葡萄糖苷酶均 存在2～4 个同功酶，对于这些同 功酶的功能，目前尚未见有明确 的阐述，因此酶解机理还有待进 一步研究和探讨。 目前，已发现70种纤维素酶。
纤维素的糖化的主要方法
酸水解法：酸水解法中，稀酸水解所得糖化率低， 高浓度强酸可有效水解纤维素，但其腐蚀性对人 体有害，且所需工艺条件苛刻。 酶水解法：用纤维素酶水解纤维素，在常温、常 压条件下就可以. 因此，用纤维素酶降解纤维素 是目前纤维素利用研究中的热点。 稀酸预处理-酶解法：美国可再生能源实验室开发 的发酵工艺
Breakage of the noncovalent in the cellulose
纤维素的水解过程
Hydrolysis of the individual cellulose it into smaller sugars
Fig.3 Mechanism of cellulolysis
Hydrolysis of disaccharides and tetrasaccharides into glucose
纤维素酶的性状
白色，溶于水，高温失活：最适温度在45～65 ℃之间，
综合讲解纤维素酶
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。
01
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。
PART 02
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秸秆酒精流程
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。
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。高产菌株
70-80年代国外主要采用诱变育种方法获得筛选高产菌，包括随机诱变和有目标诱变，其主要策略是： 解除分解代谢阻遏，解除葡萄糖、甘油等易分解代谢碳源对产酶阻遏，或筛选2-deoxyglucose抗性。 提高酶的胞外分泌性，如筛选对细胞壁合成抑制作用的化学物质抗性菌株 筛选β-葡萄糖苷酶高产菌株，设计β-glucosidase作用的有色底物，获得解除分解代谢阻遏高产突变株。
结晶纤维素
C1
无定形纤维素
纤维二糖
βG
葡萄糖
Cx
应用
纺织 棉布后整理、生物抛光
饲料工业 饲料酶、秸秆青贮
啤 酒 工 业
食品及 发酵工业 果汁加工、功能性成分提取 中草药成分提取
酒 精 发 酵 玉米酒精 红薯酒精 秸秆酒精
PART 01
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