γ射线、电子束辐照处理对芦苇木质纤维素结构及酶解性能的影响

为更全面了解射线辐照对木质纤维素的影响，本试验利用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、高效液相色谱（HPLC）等方法分析了γ射线和电子束辐照前后芦苇木质纤维素结构及酶解性能的变化。结果表明，γ射线和电子束辐照均能使芦苇木质纤维素发生降解，使部分纤维素、半纤维素降解为水溶性物质，且降解水平与吸收剂量呈正相关关系，当吸收剂量为500 kGy时，经γ射线和电子束辐照的芦苇水溶性组分含量分别是未辐照芦苇的2.44和1.98倍；γ射线和电子束辐照后芦苇的微观结构被破坏，芦苇木质纤维素体系中的分子数量增加，纤维素结晶指数降低，但纤维素晶型不改变；随着吸收剂量从200 kGy增加至500 kGy，芦苇纤维素、半纤维素酶解转化率逐渐提高，当吸收剂量为500 kGy时，γ射线和电子束辐照的芦苇纤维素酶解转化率分别为16.68%和18.84%，分别是未处理芦苇的2.32和2.62倍，芦苇半纤维素转化率分别为21.38%和21.74%，分别是未处理芦苇的3.82和3.88倍；同等吸收剂量的γ射线和电子束辐照对芦苇木质纤维素主要化学组分、物理化学结构的影响相似，在20...     

产纤维素酶真菌混合发酵研究进展

总结了常见的分解纤维素真菌种类,并介绍了纤维素酶生产的方法。传统的利用单一菌种发酵纤维素材料的方法存在降解率低,发酵时间长等缺陷。而利用微生态原理,使用多个菌种进行混合发酵的方法被证明可以有效降解纤维素。重点介绍了固态混合发酵和液体混合发酵的工艺,并对产纤维素酶真菌混合发酵的前景作了预测。     

黑胸散白蚁体内产纤维素酶细菌的筛选及其纤维素酶基因的鉴定与原核表达

白蚁(Isoptera)常以富含纤维素的木材为食,体内存在纤维素酶产生菌。从源于陕西佛坪的白蚁(经鉴定为黑胸散白蚁(Reticulitermes chinensis))体内筛选出了4株产纤维素酶菌株,采用单因素实验设计对酶活最高的菌株进行了产酶条件优化,并对其所产纤维素酶进行了酶学性质研究;同时,依据NCBI数据库设计的引物扩增出了该菌株的内切-β-1,4-葡聚糖酶基因Cbs和β-葡萄糖苷酶基因Ba G,之后在大肠杆菌(Escherichia coli)中进行了表达实验。结果表明:从黑胸散白蚁体内筛选出4株菌分别是阿氏肠杆菌(Enterobacter asburiae)、炭疽芽胞杆菌(Bacillus cereus)、枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)、解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),其中枯草芽胞杆菌所产纤维素酶的活力最高,该菌发酵产酶的最适温度和pH分别是42℃、6.5,酶促反应的最适温度和pH分别是70℃、4.5,在此条件下该菌株酶活力为2.36 U/mL。该菌株所产的纤维素酶在50℃、pH 6.5的条件下热稳定性和pH稳定性最佳,使用该菌株所产的粗酶液发酵粗饲料,结果发现其对玉米(Zea mays)秸秆、小麦(Triticum aestivum)秸秆、苜蓿(Medicago polymorpha)干草和青贮饲料的粗纤维降解率分别为12.21%、1.3%、3.24%和17.42%。基因克隆结果表明该菌株具有Ba G、Cbs 2个纤维素酶基因,且大肠杆菌表达结果显示Ba G基因的粗酶液pro Ba G无纤维素酶活性,而Cbs基因的粗酶液pro Cbs在60℃、pH 5.0时酶活可达4.14 U/mL,将Ba G和Cbs基因进行原核融合表达,产生的蛋白约35 k D,其在最适条件70℃、pH 4.5时的酶活为4.57 U/mL,说明无纤维素酶活性的Ba G基因与Cbs基因融合后可能表达出了一个活性更高的纤维素酶蛋白。本研究对后期构建可降解木质纤维素的人工重组菌具有重要的理论价值。     

一株降解水稻秸秆的丝状真菌降解特性的研究

研究了高效降解纤维素的丝状真菌菌株藤仓赤霉对天然水稻秸秆的降解特性,并对该菌株所产的羧甲基纤维素酶的酶学性质进行了初步研究.结果显示,该菌对未处理的水稻秸秆作用8d,水稻秸秆失重率可达53％以上,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别可达38.9％、57.9％和26.5％;扫描式电子显微镜分析表明,该菌作用水稻秸秆是从内...     

膨化预处理玉米秸秆提高还原糖酶解产率的效果

为了提高玉米秸秆的可发酵还原糖转化率,采用膨化技术对玉米秸秆木质纤维素进行预处理。扫描电镜观察,玉米秸秆的纤维束受到破坏,木质素包裹作用减弱,纤维素酶的空间作用面积提高。红外光谱分析表明有部分半纤维素和少量木质素水解;X射线衍射测定纤维素结晶度降低了12.68%。通过进一步纤维素酶解试验,与未处理的相比膨化处理后原料酶解时间可缩短16 h,未经膨化处理原料还原糖的酶解产率为13.48%,膨化处理后原料还原糖的酶解产率可达24.91%。结果表明,膨化预处理技术可明显提高玉米秸秆木质纤维素的能源化利用效率。该     

木质素对木质纤维素降解性能的影响

木质素影响木质纤维素降解性能,明确木质素影响木质纤维素降解的程度和机理,对于植物基因改造、纤维素酶基因改造/筛选、预处理工艺优化均具有重大意义。但是由于木质素和木质纤维素结构的复杂性,木质素对木质纤维素影响的程度和机理尚无定论。该文综述了关于目前研究主要集中在木质素的含量和结构对木质纤维素降解性能的影响上,初始木质素含量和残留木质素含量对同物种和不同物种木质纤维素降解性能的影响;木质素单体比例(syringyl units/guaiacyl units)、键连方式、官能团对木质纤维素降解性能的影响;纯化木质素对木质纤维素降解性能的影响。该文为木质素对纤维素降解性能的影响的相关研究工作提供指导。     

纤维素酶解预处理辅助超声法制备竹浆纳米纤维素

为了研究绿色、高效制备纳米纤维素(cellulose nanofibrils,CNF)的方法,该研究采用纤维素酶预处理竹浆协同超声波法制备纳米纤维素,对影响纳米纤维素得率的酶用量、酶解温度、酶解时间、超声时间等因素进行考察,得到纳米纤维素的较佳制备工艺。采用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)、傅里叶红外光谱仪(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、旋转流变仪、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、紫外可见分光光度计以及热重分析仪(thermogravimetric analyzer,TGA)对纳米纤维素的形态结构、流变性能、结晶度、热稳定性等进行表征。结果表明,在酶用量8%(纤维素酶/竹浆纤维质量比)、酶解温度50℃、酶解时间10 h、超声时间6 h的条件下制备的纳米纤维素得率高达62.6%。制备得到的纳米纤维素直径约为2~24 nm,长度约为50~450 nm,结晶度为73.05%。热重分析表明,纳米纤维素在700℃后仍有高达15.3%的残余率,说明纳米纤维素的制备条件温和,对结晶区的损害较小,其良好的热稳定性有望在耐热性生物质复合材料领域有较好的应用发展。     

瓦克青霉F10-2对川楝树皮残渣纤维素酶解研究

以川楝树皮残渣为原料进行纤维素酶解研究,测定了不同培养时间培养基质中主要胞外酶活性的变化,并对发酵前后残渣结构进行扫描电镜观察和红外光谱分析。结果表明:瓦克青霉F10-2具有木质纤维素降解能力,酶解液中纤维素酶、半纤维素酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶活性在发酵的8～16d内分别达到最大值6.42U·g-1、7.62U·g-1、6.55U·g-1和3.33U·g-1。利用扫描电镜对降解后底物表面结构进行观察,可看到残渣表面变得疏松、柔软,且具有部分微孔。底物残渣傅立叶红外光谱分析表明,该菌株对残渣中各组分均有一定降解。固态发酵培养试验表明,培养24d后残渣中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别达到42.70%、33.96%和24.62%。     

融合基因umcel5N-CBM的构建、表达及融合酶性质分析

碳水化合物结合组件（carbohydrate—binding module,CBM）是一些糖基水解酶分子上的结构域,它在纤维素酶降解不可溶纤维素中起着重要的作用。本研究的目的是检测一个新的内切葡聚糖酶Umcel5N（GenBank登录号为ACH67609）加上一个碳水化合物结合组件后得到的融合酶是否获得降解结晶纤维素的能力。本文将编码内切葡聚糖酶Umcel5N的催化结构域（catalytic工能力domain,CD）的序列与编码Umcel6A的CBM序列通过接头序列进行基因融合,得到融合基因umCel5N-CBM,并实现了融合基因在大肠杆菌BL21（DE3）pLysS中的表达。研究结果表明,融合酶Umcel5N-CBM与结晶纤维素（avicel）以及滤纸粉末的结合能力比原始酶Umcel5N提高了约一倍,但未显示出降解结晶纤维素的新活性,说明在结晶纤维素的降解过程中,纤维素酶的催化功能域起到关键作用。     

纤维素降解菌CMC-4的分离鉴定、诱变和酶学特性研究

从秸秆还田土壤中初筛获得一株高效纤维素降解菌CMC-4,根据菌株形态、理化性质及16S rDNA序列分析,初步鉴定为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。以此为出发菌株,经亚硝酸钠诱变获得一株稳定高产纤维素酶突变株CMC-4-3。对CMC-4和CMC-4-3的产酶条件和酶学性质进行比较分析,结果表明:CMC-4-3纤维素酶活力较CMC-4提高67.5%;其最适产酶条件是:37℃、pH 6.0、葡萄糖为碳源、蛋白胨为氮源、接种量2.0%、装液量60 ml/250 ml。该菌株所产纤维素酶的最适反应pH为6.0,且在4.0~7.0酶活力较稳定;最适反应温度为50℃,在20~80℃范围内均保持稳定;金属离子Fe~(2+)、Mg~(2+)、Co~(2+)、K~+对酶有激活作用,其余离子均有不同程度抑制作用,而Cu~(2+)和Ca~(2+)抑制作用最强,酶活力减弱近50%,是该酶的强效抑制因子。诱变前后菌株产酶条件和酶学性质等部分表型发生了变化,而突变菌株显示出了更宽泛的环境适应范围。据此,获得一株高效产纤维素酶、耐受范围广的具纤维素降解能力的地衣芽孢杆菌,而CMC-4-3和CMC-4的表型可作为深入探讨基因型变化的线索。     

稻草秸秆纤维素分解菌的分离筛选

本研究基于获得高效木质纤维素分解菌的目的,以刚果红纤维素琼脂和滤纸条培养基为初筛培养基,从分离获得的124株真菌中筛选出透明圈与菌落直径比值较大、滤纸条分解能力较强的11个菌株。经液体发酵,测定其酶活力,复筛得到羧甲基纤维素酶活和滤纸酶活均较高的4个菌株;并进行了不同碳源和不同pH对筛选菌株产酶能力的影响试验,发现不同菌株对不同纤维素物质的分解能力不一样,同一菌株对不同纤维素碳源的利用能力也不相同。     

用于生物质酶解过程的纤维素酶研究进展

纤维素酶解效率是木质纤维素经济、高效生化转化的限制瓶颈。该文讨论了影响纤维素酶酶解经济性与高效性的多个要素,如:高滤纸酶活菌株的选育、发酵、酶解机理、酶解影响因素及酶解混合体系的优化等。该文研究表明,纤维二糖水解酶可能是决定发酵体系中滤纸酶活高低的关键单酶组分,同时,该酶可能也是预处理后生物质酶解体系中决定滤纸酶活效率的关键单酶组分。酶解过程中关键限速反应的认识及关键限制因素形成机制的揭示将成为纤维素酶生化转化研究的重点,这些机理机制的建立可为构建高比活力纤维素酶提供理论依据。     

两种气候条件下梯度有机质含量农田黑土纤维素酶和β-葡糖苷酶活性研究

利用空间移位的方法将5种有机质含量的农田黑土置于中温带大陆性季风气候(MAT4.5)和寒温带大陆性季风气候(MAT1.5)条件下,探究了气候-有机质-施肥对土壤纤维素酶活性和β-葡糖苷酶活性的影响。结果表明:在MAT4.5条件下农田黑土中纤维素酶活性要高于MAT1.5;随有机质含量升高,纤维素酶活性在MAT4.5条件下呈逐渐降低的趋势;施肥能明显提高纤维素酶活性,且在MAT4.5条件下增加幅度较大,而在MAT1.5条件下却呈现出“U”型变化趋势。MAT4.5条件下β-葡糖苷酶活性略高于MAT1.5条件下的活性,其活性均随着土壤有机质含量升高而增强;施肥能提高各有机质含量农田黑土中β-葡糖苷酶活性,在MAT1.5条件下提升幅度较大。方差分析表明气候-有机质-施肥的主效应对土壤纤维素酶与β-葡糖苷酶活性均有显著影响,但是交互作用只对纤维素酶整体活性有显著影响。     

热纤梭菌内切β-1，4-葡聚糖酶基因celD在大肠杆菌中的表达及酶学特性分析

热纤梭菌是一种嗜热的厌氧细菌,能产生一种叫纤维素小体的多酶复合物(Bhat et al.,1997),是实现纤维素工业转化的一个较有希望的菌种(于洪日等,1989)。同时热纤梭菌能够产生耐热的纤维素酶,通常在酸性和碱性的pH以及90℃以上的高温下仍能稳定存在,并且可以在广泛的底物上发酵而     

NaOH协同辐照预处理提高稻草纤维素酶解转化率

为降低预处理成本,提升稻草纤维素的酶解效果,采用NaOH协同⁶⁰Co-γ射线辐照处理稻草,研究其对稻草中纤维素酶解转化率的影响,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)分析协同预处理对稻草微观结构的影响,并通过正交试验对协同预处理条件参数进行优化。结果表明,NaOH协同辐照预处理能显著提高稻草纤维素酶解转化率,优化后的预处理条件为400 kGy辐照剂量的稻草结合2%NaOH溶液,固液比1:15,50℃条件下处理4 h,按照10 FPU·g^-1加入纤维素酶溶液,于50℃、130 r·min^-1条件下气浴恒温振荡,酶解24 h后,其稻草纤维素转化率达到78.54%±1.20%。本研究结果为农业废弃物资源能源化高效利用提供了技术支撑和理论依据。     

原料连续添加和酸酶循环利用法(CACU法)降解植物纤维素新技术

以乙酸、草酸、盐酸、硫酸等单酸、二酸、三酸混和及纤维素酶降解植物纤维素的正交试验得出的最佳工艺条件为基础,进一步研究出一种原料连续添加和酸酶循环利用法降解植物纤维素新技术(CACU法)。该技术的整个过程只需要12步操作,5或6套设备,包括3～4套反应釜和2套贮罐。在常压、温度100℃、反应15h的条件下,以CH₃COOH,HCl和纤维素酶为反应剂,按照该工艺技术能使纤维素转化成葡萄糖的转化率达95.34%,反应终液中的葡萄糖浓度达3.21%。与常规技术相比,该新技术只需25%的醋酸和50%的盐酸量,可以较大幅度地降低纤维素转化成葡萄糖的成本。因此,该技术具有条件要求低、工艺简单、成本低和周期短等特点,是一种值得进一步开发和推广的技术。     

玉溪醇化烟叶表面细菌酶制剂对烟叶中淀粉和纤维素的降解作用

合理降解烤后烟叶中的淀粉和纤维素含量已成为提高烟叶质量的关键工艺之一。本研究对分离自烤烟叶面的产淀粉酶细菌菌株解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens A1)和产纤维素酶细菌菌株短小芽孢杆菌(B.pumilus C1)进行发酵培养,提取粗酶液,检测酶活性并应用于初烤烟叶上。通过设计不同酶量、作用时间、相对湿度和温度的方法考察这两种酶制剂对烟叶(Nicotiana tabacum K326)中淀粉和纤维素的降解效果。结果表明,菌株A1主要产α-淀粉酶,酶活力为7×105U/mL,菌株C1以产内切酶为主,酶活力为6×103U/mL;在温度40℃、湿度70%条件下作用96h,用菌株A1所产淀粉酶制剂4×107U/kg处理后的烟叶总糖增加率为12.78%,还原糖增加率为12.03%,菌株C1所产纤维素酶制剂4×105U/kg处理后的烟叶总糖增加率为13.87%,还原糖增加率为18.07%。研究结果提示,利用从烟叶表面分离的产酶菌株进行发酵生产的酶制剂可降解初烤烟叶中淀粉和纤维素,提高还原糖含量,可望在烟叶加工过程中得到应用。     

黄瓜有机营养土栽培中土壤酶活性、肥力动态变化及其相互关系

稻草与土按1:1(处理A)、2:1(处理B)的比例混合,经过堆积高温腐熟后在日光温室中栽培黄瓜,试验结果表明:有机营养土中稻草比例高的,脲酶、转化酶、纤维素酶活性升高,碱解氮、速效P、速效K含量增加,分别是处理B>处理A>对照,但过氧化氢酶活性呈降低趋势,变化大小为对照>处理A>处理B。脲酶、转化酶和纤维素酶与速效P呈极显著相关,与速效K显著相关。碱解氮含量与脲酶极显著性相关,与纤维素酶和转化酶显著性相关,但过氧化氢酶活性与碱解氮、速效P、速效K含量呈负相关,因此脲酶、转化酶、纤维素酶活性可以作为评价有机营养土肥力的标准。     

糠醛渣的纤维素酶水解及其最优纤维素转化条件

该文对糠醛渣的纤维素酶水解特性进行了研究,探索利用玉米芯制糠醛联产燃料乙醇工业化生产的可行性。分析糠醛渣组分,表明其半纤维素质量分数为3.1%,纤维素为31.6%,说明糠醛生产过程对玉米芯的预处理基本满足高效酶解糖化糠醛渣并转化乙醇的要求;通过纤维素酶用量、温度、pH值、固液比、转速等因素进行条件优化,确定最佳水解条件：每克底物酶用量为6.7FPU,固液质量体积比1︰6,pH5.2,转速80 r/min;在糠醛渣水解体系中加入吐温80,结果表明在酶施用量较低情况下（6.7 FPU/g）,吐温80对提高糠醛渣水解转化率效果更为明显;通过最优化水解条件,使糠醛渣纤维素转化率达到78%,据此初步判定以糠醛渣为原料转化乙醇的工业化生产具有较大潜力。     

一株解淀粉芽胞杆菌的筛选及其益生特性研究

芽胞杆菌(Bacillus)已被广泛用作动物益生菌,其分泌的纤维素酶(cellulose)可以提高饲料利用率,改善动物肠道微生物菌群结构。本研究利用羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose,CMCNa)培养基从甘蔗(Saccharum officinarum)、麻类等纤维作物根际分离具有较高纤维素酶活性的芽胞杆菌,并对其纤维素酶的产酶条件、动物肠胃耐受性、对滤纸条纤维素的降解情况以及菌株的溶血性检验安全性进行鉴定。研究结果表明,获得了8株具有产纤维素酶活性的芽胞杆菌,其中菌株FJAT-29941的活性最高,形态学、生理生化和16S r RNA基因鉴定结果显示,该菌株为解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens);菌株FJAT-29941产纤维素酶的培养温度为20~50℃(最佳培养温度为30℃),pH为4.0~9.0(最佳pH值为9),培养时间18~72 h(最佳培养时间为42 h),最佳培养基为0.5%NaCl的营养琼脂(nutrient agar,NA)培养基;利用1%胰蛋白酶的人工肠液和1%胃蛋白酶的人工胃液处理该菌株,其存活率分别为27.98%和64.91%,表明其具有较好的肠胃耐受性;菌株FJAT-29941在48 h内可以将滤纸条降解为小圆片,表现出较强的纤维素降解能力;该菌株在溶血性检测中未产生透明圈,是安全可应用的。本研究筛选获得的解淀粉芽胞杆菌FJAT-29941具有较好的纤维降解能力和动物肠胃耐受性,为益生菌研发提供了菌种资源和科学依据,具有良好的开发前景。