开题报告 生物工程 海洋细菌thalassobacter stemotrophicu纤维素酶的产酶特性研究 一、选题的背景与意义 纤维素是高等植物细胞壁的主要组成成分，并且是自然界中含量最丰富的多聚糖类物质，地球上每年光合作用可产生大于100 亿吨的植物干物质，其中一半以上是纤维素和半纤维素。纤维素酶是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称，属于糖苷水解酶，传统上被分为3 类组分：内切葡聚糖酶（endo-1,4-β-D-glucanase, EC 3.2.1.4）、外切葡聚糖酶（exo-l,4-β-D-glucanase，EC 3.2.1.91）、β- 葡萄糖苷酶（β-l,4-D -glucosidase，EC 3.2.1.21）[3]。这三种酶协同作用，分解纤维素产生寡糖和纤维二糖，最终水解产物为葡萄糖。纤维素酶在医药、日用化工、食品发酵、废水处理、工业洗涤、中草药提取、以及畜牧饲料等领域都有广泛的应用。以往纤维素分解菌的研究多集中在真菌，而对细菌的研究很少见诸报道。 纤维素酶在食品工业中的应用 （1）果实和蔬菜加工：用纤维素酶进行果蔬处理可使植物组织软化膨松, 能提高可消化性并改良口感，降低生产成本。 （2）油料作物加工：酶处理法代替有机溶剂法, 一方面可以提高油的产量和质量; 另一方面, 控制酶反应条件, 使生产加工在较温和的条件下进行, 可以避免剧烈条件对产品质量的影响，不仅能提高主产物的产量,还能减少副产物的生成和降低废物处理费用 （3）茶叶加工：将纤维素酶加入砖茶中,缩短渥堆时间, 减少有效成分的损失, 提高水浸出物和可溶性糖的含量, 改善砖茶的品质及发展香气 酒精生产：使用纤维素酶,可同时将淀粉和纤维素转化为糖, 原料利用率提高,再经酵母分解全部转化为酒精,发酵过滤性好, 发酵时间缩短, 出酒率提高3%～5%, 且酒体质量纯正, 淀粉和纤维素利用率高达90%, 还可降低醪液的黏度(降低2～4 倍)。利用纤维素酶进行酒精浓醪发酵, 前景也十分看好。 （4）啤酒生产：将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中, 可增加麦粒溶解性, 加快发芽, 减少糖化液中β- 葡萄糖含量, 改进过滤性能 食醋生产：在食醋酿造过程中, 将纤维素酶与糖化酶混合使用,可明显提高原料利用率和出品率。 （5）酱油生产：酱油的天然酿造除了用蛋白酶、淀粉酶等各种酶作用的方法, 在入池发酵时加入纤维素酶, 可使大豆类等原料的细胞膜膨胀软化破坏, 使包藏在细胞中的蛋白质、碳水化合物释放, 这样就可以缩短酿造时间, 成品酱油的氨基酸含量可提高12% , 糖分提高18% , 色泽好, 且不需要外加糖色。此外在酱油糟利用上也有效果, 纤维素酶在饲料工业中的应用 （6）制备低纤维饲料：饲料酶制剂的制作，使用饲料纤维素酶制剂, 可以促进动物的消化吸收, 大大提高动物对饲料的利用率。 （7）植物纤维原料酶水解生产饲料酵母：纤维素酶法水解替代酸水解用于植物原料生产饲料酵母是必然趋势。 （8）纤维素酶在纺织工业中的应用 在纺织业中生物酶的应用范围较广, 已在纤维改性, 真丝脱胶, 染整的退浆、精练、整理加工等方面有所应用, 生物酶具有可降解性, 可以对织物进行可控的整理。 由细菌所产生的纤维素酶一般最适pH 为中性至偏碱性，近20 年来，随着中性纤维素酶和碱性纤维素酶在棉织品水洗整理工艺及洗涤剂工业中的成功应用，细菌纤维素酶制剂已显示出良好的应用前景。因此，细菌纤维素酶的研究与开发已成为研究的热点 本工作意义：优化产酶工艺，为深入研究和推广应用奠定基础 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 1、 研究碳源、氮源、培养温度、培养基初始pH、盐度等对生长及产酶的影响 2、 研究温度、pH、金属离子等对纤维素酶活力和稳定性的影响 3、 确定最佳产酶工艺 三、研究的方法与技术路线： 1、 酶活测定方法：3，5-二硝基水杨酸法（DNS） 2、 测定产酶菌株的生长与产酶曲线，确定最佳产酶时间 3、 考察不同碳源、氮源、培养温度、培养基初始pH、盐度条件下菌株的生长及产酶情况 4、 考察不同温度、pH、金属离子等条件下的酶活和稳定性 5、 用单因素优化到的最佳条件组合进行培养，验证菌株生长及产酶效果 四、研究的总体安排与进度： 五、主要参考文献： [1] 顿宝庆,吴薇,王旭静,等.一株高纤维素酶活力纤维素分解菌的分离与鉴定[J].中国农业科技导报,2008,10(1):113-117 [2] 陈合,张强.菌酶共降解玉米秸秆的工艺研究[J].农业工程学报,2008,24(3):270-273. [3] 韩学易,陈惠,吴琦,等.产纤维素酶枯草芽孢杆菌C-36 的产酶条件研究[J].四川农业大学学报,2006,24(2):179-181. [4] 刘爱华,梁运祥.产纤维素酶细菌的筛选及在菜粕蛋白改性上的应用.湖北农业科学,2007,46(5):824-827. [5] 吴敏峰,耿秀蓉,祝小,等.产纤维素酶芽孢杆菌的分离鉴定.饲料工业,2006,27(20):21-24.叶姜瑜.一种纤维素分解菌鉴别培养基 [6] 洪泂,黄秀梨.纤维素酶的应用[J].生物学通报,1997,12:18- 19. [7] 李素芬,霍贵成.纤维素酶的分子结构组成及功能.中国饲料,1997(13):12- 14. [8] 司笑丁.纤维素酶在酒精工业中的探讨.酿酒科技,2004,6:61- 62 [9] 邱雁临.纤维素酶的研究和应用前景[J].粮食与饲料工业,2001,8:30- 31. [10] 尚维,刘群.纤维素酶在清香型优质白酒中应用初探[J].酿酒科技,1996,2:20- 21. [11] 邱雁临.纤维素酶对啤酒糟蛋白酶解率的影响[J].粮油加工与食品机械,2001,9:39- 40. [12] 杨玉华,刘德海,王子光.纤维素酶在食醋酿造中的应用[J].河南农业大学报,1999,4:398- 399. [13] 张智,刘复军.纤维素酶在酱油酿造上的应用研究[J].中国调味品,1997,8:15- 19. [14] 闫训友,刘志民,史振霞,张惟广.纤维素酶在食品工业中的应用进展[J].食品工业科技,2004,10:140- 142. [15] 刘德海,杨玉华,李新杰,等.纤维素复合酶对奶牛的应用效果[J].饲料研究,2000,5:29- 30. [16] 张海棠.纤维素酶在鸡猪日粮中的应用[J].中国饲料,2000,11:14- 16. [17] 冯杰, 余东游. 纤维素酶在动物营养上的研究进展[J]. 饲料研究,2000,5: 20- 22. [18] 井长伟.纤维素酶在畜牧业中的应用[J].中国饲料,2002,7: 9- 13. [19]张平平,刘宪华.纤维素生物降解的研究现状与进展[J].天津农学院学报,2004(3):48-54. [20]孙晓华,罗安程.纤维素分解菌的分离、筛选及其环境适应性初步研究[J].科技通报,2005,21(2):236-241. [21]许修宏,肖玉珍,陈建平,等.高效纤维素分解菌分离筛选的研究[J].东北农业大学学报,1998,29(4):32-33. [22]杨礼富,谢贵水,王真辉,等.木质纤维素酶高产菌株的筛选和鉴定[J].热带作物学报,2001,22(3):70-77. [23]费尚芬,鹿宁,刘坤,等.白腐菌纤维素酶高酶活菌株的筛选[J].安徽农业科学,2006,34(1):22-23. [24]王战勇,苏婷婷.产纤维素酶黑曲霉LN0401液体发酵条件的分析[J].辽宁石油化工大学学报,2006,26(2):27-30. [25]金钟跃,包怡红,王振宇,等.植物纤维素微生物降解条件[J].东北林业大学学报,2004,32(3):44-45. 及鉴定张丹, 许景钢, 路伟明, 李淑芹( 东北农业大学资源与环境学院, 哈尔滨150030) 毕业论文文献综述 生物工程 纤维素酶的概述 【摘要】纤维素作为地球上分布广，含量丰富的碳水化合物，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。纤维素的利用和转化对于解决目前世界能源危机，粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。本文就纤维素酶的应用进行一个简要的概述。 【关键词】纤维素酶；纤维素酶的实际应用：应用前景 1. 纤维素的概况 1.2 纤维素酶的分类 纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3～10 种或更多组分构成的多组分酶。根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) [1] 。在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶, 只具有内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 又称CMC酶) 的活性, 有的还与中性CMC 酶组分共存[2]。 1.3 纤维素酶的作用机理
纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时, 可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质, 有利于动物胃肠道的消化吸收[3]。同时, 纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌, 补充内源酶的不足, 并对内源酶进行调整, 保证动物正常的消化吸收功能, 起到防病、促生长的作用, 消除抗营养因子,促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液, 增加消化物的粘度, 对内源酶造成障碍, 而添加纤维素酶可降低粘度, 增加内源酶的扩散, 提高酶与养分接触面积, 促进饲料的良好消化。而纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物, 在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物, 从而使消化道内的消化作用得以顺利进行[4]。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素, 促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外, 还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化[5] 2. 纤维素酶的一些历史及研究成果
在吴琳,景晓辉,黄俊生[3]的产纤维素酶菌株的分离，筛选和酶活性测定中，他们利用“采
