纤维素酶固态发酵的动力学研究.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,什么是纤维素酶？,纤维素酶是一种重要的酶产品，是一种复合酶，主要由外切-葡聚糖酶、内切-葡聚糖酶和-葡萄糖苷酶等组成，还有很高活力的木聚糖酶活力。,纤维素,酶（英文：,cellulase,）,是酶的一种，在分解纤维素时起生物,催化作用,。,是可以将纤维素分解成多糖或单糖的蛋白质或,RNA,。,它广泛存在于自然界的生物体中。细菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。一般用于生产的纤维素酶来自于,真菌,，比较典型的有木霉属(Trichoderma)、曲霉属（Aspergillus）和青霉属(Penicillium）。,在纤维素酶的发酵生产中，虽然菌种的产酶性能是决定产量的重要因素，但其营养条件和发酵工艺条件的影响也是不容忽视的。因此，在菌株产酶性能提高的条件下，很有必要对发酵工艺条件进行优化。,清华大学的郝俊斌、周玉杰等是用稻壳和麸皮混合物为基质，进行纤维素酶固态发酵动力学的研究。以氨基葡萄糖含量表征生物量，建立了纤维素酶固态发酵过程中细胞生长、产酶和二氧化碳释放速率动力学模型，并得到模型参数。,培养基,菌种,绿色木霉菌（,Trichoderma sp 3.2942,），购自中科院微生物所。,培养基,斜面培养基：土豆培养基（,PDA,）。,种子培养基：,10%,麸皮溶液（,100 g,水中加入,10 g,麸皮，煮沸,20 min,，过滤后稀释到,100 ml,）。,发酵培养基：麸皮、稻壳（用,4%NaOH,溶液浸泡,24 h,，洗涤至中性后烘干至恒重）、营养盐溶液,将,10 g,（,NH4,）,2SO4,，,3 g KH2PO4,，,0.5 g CaCl2,，,0.5 gMgSO4,溶于,1 000 ml,蒸馏水中,。,采用 Elson-Morgan法测定氨基葡萄糖浓度，将2 ml 氨基葡萄糖溶液与1ml乙酰丙酮试剂混合,，,置入沸水30min，冷却后加入 2 ml 无水乙醇，1 ml 对二氨基苯甲醛试剂,，,振荡，再加入4 ml 无水乙醇，在 60 下保温1 h，在 530nm下 测定吸光度值（以蒸馏水为空白对照）。,CO,2,释放速率的测定,采用LKM2000-MC03 CO,2,监 测仪测定CO,2,的浓度。向三角瓶内通入无菌干空气（流量为 200 ml/min），将尾气通入CO,2,监测仪接口，进行实时 监测，通过尾气中CO,2,含量来计算CO,2,释放 速率。,1.4 动力学模型,菌体生长动力学模型,（氨基葡萄糖是参与构成真菌细胞壁中几丁质的主要成分，因此用氨基葡萄糖含量可表示菌体量,）,CO,2,释放速率,（,CPR,）,模型：,（,CPR,）可简化表示成菌体量和菌体生长率的函数。,产酶模型,纤维素酶的滤纸酶活,（,FPA）为全酶活，可看作是酶量的表征，假设酶量与酶活成正比，且在双基质中产酶与生物量符合产物的部分关联模型：,温度对纤维素酶发酵的影响,在基质（麸皮、稻壳）配比为11,不同培养温度条件下，CO2释放速率、氨基葡萄糖含量和滤纸酶活（FPA）的变化曲线分别见图13。,不同基质配比条件对发酵动力学的影响,结论,动力学分析结果表明，培养温度和基质配比对菌体生长、产酶、CO2释放速率均有一定的影响。在不同培养温度和基质配比下，最大菌体量与最大酶活呈正相关；在适宜培养温度下,预期最大酶活与最大CO2释放速率也呈一定的正相关关系。,在适宜的培养温度条件下，菌体的最高预期产酶与最大CO2释放速率也存在一定的正相关关系，因此可以通过监测发酵过程中CO2的释放速率来间接估计产酶的情况。,纤维素酶的应用,纤维素酶能够水解植物纤维，所产生的单糖可用于发酵生产酒精或单细胞蛋白。固态发酵法（,SSF,）具有工艺简单、能耗低、设备投资少、产率高等特点，本研究以成本低廉、来源广泛的稻壳及麸皮等为培养基，并采用固态发酵方式生产纤维素酶，从而推动低成本利用生物质资源技术的发展。,纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力,。比如，在进行酒精发酵时，纤维素酶的添加可以增加原料的利用率，并对酒质有所提升；作为饲料添加剂，可以提高饲料消化率，有利于动物对蛋白质的消化吸收，提高饲养效果；尤其是利用纤维素生产燃料乙醇是解决世界能源危机的有效途径之一等等，都表现其应用前景十分广阔。,展望,我国是一个饲料资源十分紧张的国家，土地少、人口多，人畜争粮矛盾十分突出。要保持我国饲料工业和畜牧业的持续发展，必须解决好饲料问题，否则将严重制约其发展。,常见的畜禽饲料如谷物、豆类、麦类及加工副产品等都含有大量的纤维素。除了反刍动物借助,瘤胃微生物,可以利用一部分外，其它动物如猪、鸡等,单胃动物,则不能利用纤维素。近年来，国内外利用真菌纤维素酶成为提高畜禽生产性能和饲料利用率的重要措施之一。,我们可通过,微生物发酵,充分利用农副产品下脚料、秸秆、糠生产纤维素酶添加剂，用于提高畜禽生产性能，提高饲料利用率，改善饲料的营养价值，降低饲料成本和提高经济效益，具有广阔的开发前景，今后应进一步加强纤维素酶研究和开发工作。主要有如下几方面：,1,、进一步加强纤维素酶的作用机制研究。,纤维素酶应用于饲料，作用于动物,消化道,，其机制尚未清楚。从理论上决定其添加量还很困难，目前只能从实验结果来决定，受影响因素很多，往往效果不够理想。对于单用多种原料的纤维素酶最佳添加量也研究不多，这将严重制约纤维素酶的推广应用。,2,、酶的产量和活性都不高，成本偏高。,今后应加强菌种选育和发酵工艺等基础研究工作，以提高其产量和活性，特别是要注意利用,DNA,基因重组技术的应用，来选育出活性高、产酶量大的菌种。,3,、加强纤维素酶检测方法研究。,虽然纤维素酶的检测方法很多，但真正能适合饲料的检测方法还没有，这给实际应用工作带来困难，如无法比较不同厂家的产品质量，确定纤维素酶添加量也很困难，应组织有关力量，制订出统一的检测方法标准，供生产中应用。,谢谢,观赏,Make Presentation much more fun,