人教版生物选修一23分解纤维素的微生物的分离课后习题含解析
分解纤维课题3 学年高中生物专题2 【优化设计】
2018-2019素的微生物的分离课后习题（含解析）新人教版选修1
课时演练·促提升
1.微生物体内能够使纤维素分解成纤维二糖的酶是( )
A.C酶和C酶
B.C酶和葡萄糖苷酶11X
C.C酶和葡萄糖苷酶
D.C酶、C酶和葡萄糖苷酶XX1解析:
纤维素酶包括C酶、C酶和葡萄糖苷酶,能将纤维素分解成纤维二糖的是C酶和C酶。X1X1答案:A
2.纤维素分解菌的选择培养基和鉴别培养基按物理性质划分,分别属于( )
A.固体培养基固体培养基
B.固体培养基液体培养基
C.液体培养基液体培养基
D.液体培养基固体培养基
解析:纤维素分解菌的选择培养基没有加入凝固剂琼脂,属于液体培养基。纤维素分解菌的鉴别培养基含琼脂,属于固体培养基。
答案:D
3.加工橘子罐头,采用酸碱处理脱去中果皮(橘络),会产生严重污染。目前使用酶解法去除橘络,可减少污染。下列生长在特定环境中的4类微生物,不能大量产生所用酶的有( )
A.生长在麦麸上的黑曲霉
B.生长在酸奶中的乳酸菌
C.生长在棉籽壳上的平菇
D.生长在木屑上的木霉
解析:橘络的主要成分是纤维素,将其分解要用纤维素酶,麦麸、棉籽壳、木屑的主要成分也是纤维素,生长在这三种成分上的黑曲霉、平菇、木霉肯定能产生纤维素酶,所以可以利用。而乳酸菌的培养基为牛奶,其主要成分是蛋白质,不含纤维素,所以乳酸菌不能产生纤维素酶。
答案:B
4.分解纤维素的微生物的分离实验的具体操作步骤是( )
①土壤取样②将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上③挑选产生透明圈的菌落④选择培养⑤梯度稀释
A.①④⑤②③
B.①⑤②④③
C.①⑤④③②
D.①③⑤④②
解析:为了增加分解纤维素的微生物的浓度,在土壤取样后,要进行选择培养,然后再通过梯度稀
释并将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上培养一段时间,挑选产生透明圈的菌落即可。
答案:A
5.“筛选”是分离和培养生物新类型常用的手段,下列有关技术中不能筛选成功的是( )
A.在全营养的普通培养基中,筛选大肠杆菌
B.在尿素为唯一碳源的固体培养基中,筛选能够分解尿素的微生物
C.用纤维素为唯一碳源的培养基,筛选能分解纤维素的微生物
D.在培养基中加入不同浓度的氯化钠,筛选抗盐突变体植物
解析:全营养的普通培养基上可生长多种细菌,筛选不到纯的大肠杆菌。
答案:A
6.在分离分解纤维素的微生物实验中,关于土壤取样的叙述不正确的是( )
A.可选取深层的土壤作为样品
B.可选取树林中多年落叶形成的腐殖土作为样品
C.可选取树林中多年积累的枯枝败叶作为样品
D.可把滤纸埋在土壤中经过30天左右,再选取已烂的滤纸作为样品
解析:深层土壤中纤维素含量少,纤维素分解菌的数量也少。
答案:A
7.下列有关培养基和菌种鉴定的叙述,不正确的是( )
A.分离纯化微生物常用的是固体培养基
B.可利用固体培养基上菌落的特征来判断和鉴别细菌的类型
利用含刚果红的培养基上是否形成透明圈来筛选纤维素分解菌C.
D.在无氮培养基中加入酚红指示剂鉴定尿素分解菌
解析:在只以尿素作为氮源的培养基中加入酚红指示剂鉴定尿素分解菌。
答案:D
8.下列有关刚果红染色法的叙述,不正确的是( )
A.刚果红可以在细菌菌落形成前倒平板时加入
B.刚果红可以在菌落形成后加入
C.刚果红在菌落形成前倒平板时加入,加入的刚果红不需要灭菌
D.在菌落形成后加入刚果红时,刚果红不需要灭菌
解析:本题考查刚果红染色法的原理和应用。刚果红可以在细菌菌落形成前倒平板时加入,也可以在菌落形成后加入。若在细菌菌落形成前倒平板时加入刚果红,则所加刚果红要进行灭菌,以防杂菌的侵入,影响纤维素分解菌菌落的形成;若在菌落形成后加入刚果红,则不需要灭菌。
答案:C
9.当纤维素被纤维素酶分解后,会在培养基中出现一些透明圈,这些透明圈是( )
A.刚果红与纤维素形成的复合物
B.纤维素分解后的葡萄糖
C.由纤维素酶聚集在一起形成的
D.以纤维素分解菌为中心形成的
解析:刚果红与纤维素反应形成红色复合物,当有纤维素分解菌生长时,菌落周围的纤维素被分解,形成无色透明圈。
答案:D
10.鉴别培养基是根据微生物的代谢特点在培养基中加入一些物质配制而成的,这些物质是( )
A.指示剂或化学药品
B.青霉素或琼脂
C.高浓度食盐
D.维生素或指示剂
解析:在培养基中加入青霉素或高浓度食盐的目的是抑制某些微生物的生长,而加维生素一般是为微生物提供生长因子,起不到选择或鉴别的作用,只有加入某种指示剂或化学药品后,某些微生物会与特定的化学物质发生特定的化学反应,而表现出特有的菌落特征,我们可以根据这些特征去判断培养物属于哪种生物。
答案:A
11.利用农作物秸秆等纤维质原料生产的乙醇,经加工可制成燃料乙醇,从而减少了对石油资源的依赖。下图为生产燃料乙醇的简要流程,据图分析错误的一项是( )
的土壤采集土样要得到微生物A,最好选择富含纤维素A.
是酵母菌图中②过程常用的微生物BB. 可利用的碳源相同和微生物BC.微生物A 起作用可用纤维素酶制剂代替微生物AD. B所用碳源为纤维素水解物。A所用碳源为纤维素,微生物解析:微生物C
答案:) ,在纤维素分解菌的鉴定实验中纤维素酶的测定方法一般是( 12. 对纤维素进行定量测定A. 对纤维素酶分解纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定B. 对纤维素酶分解纤维素后所产生的纤维二糖进行定量测定C. 对纤维素分解菌进行定量测定D. :纤维素酶的测定方法一般是对纤维素酶分解纤维素后所产生的葡萄糖进行定量测定。解析B
答案:这只是分离提纯,通过分离分解纤维素的微生物实验,对分解纤维素的微生物进行了初步的筛选13.) ( 还需要进行的第一步, 发酵产纤维素酶的实验A. 提取纤维二糖的实验B. 浓缩纤维素分解菌的实验C. 提取葡萄糖的实验D.
常用的方法是对分离的菌种进行发酵产纤维素酶的实验。,解析:对纤维素分解菌的鉴定A
:答案 14.纤维素分解菌能够产生纤维素酶分解纤维素。回答下列问题。
原因,划线结束后仍然要灼烧接种环(1)在培养纤维素分解菌的过程中,进行平板划线时, 是。这种方法能够通过颜色反应直接对纤维法,在筛选纤维素分解菌的过程中染色,通常用(2)
则纤维素分解菌位于。素分解菌进行筛选。甲同学在实验时得到了如图所示的结果,A.③ B.
①② C.②③ D.①②③
(3)乙同学打算从牛胃中分离纤维素分解菌并计数,与分离醋酸菌相比,进行培养时除了营养不同外,最主要的实验条件差别是,该同学采用活菌计数法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目。
(4)丙同学在提取和分离纤维素酶的过程中,为了抵制外界酸和碱对酶活性的影响,采取的措施是向
提取液和分离液中添加。若探究纤维素酶活性的最适温度,如何设置对照?。
解析:(1)灼烧接种环最直接的目的是杀死残留微生物,结束后灼烧是为了避免污染环境,感染实验操作者。
(2)刚果红与纤维素形成的红色复合物在纤维素被分解后将不再形成,则在培养基上出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。
(3)牛胃是一个厌氧的环境,所以其中的纤维素分解菌与需氧型醋酸菌培养条件有所不同。因平板上的一个菌落也可能来自两个或多个细菌,所以统计的菌落数目偏小。
(4)探究最适温度可设置一系列的温度梯度相互对照,其他无关变量要适宜。
答案:(1)及时杀死接种环上残留的菌种,避免细菌污染环境或感染实验操作者
(2)刚果红 A
(3)保证无氧环境小(低)
(4)缓冲溶液不同的温度梯度之间相互对照
15.现在大力提倡无纸化办公,但是每年仍然不可避免地要产生大量的废纸,废纸的主要成分是木质
纤维,人类正努力将其转化为一种新的资源——乙醇。下图是工业上利用微生物由纤维素生产乙醇的基本工作流程,请回答相关问题。
(1)自然界中①环节需要的微生物大多分布在的环境中。将从土壤中获得的微生物培养在以为碳源,并加入的培养基上筛选周围有的菌落。
(2)如上所述的筛选中获得了三个菌落,对它们分别培养,并完成环节②,且三种等量酶液中酶蛋白浓度相同,则你认为三种酶液的活性(填“一定相同”“不一定相同”或“一定不同”),可以通过进行定量测定。
(3)根据测定结果,①环节常选择木霉,则②中获得的酶是酶。该酶至少包括三个组分。
(4)生产中可以满足④环节的常见菌种是,为了确保获得产物乙醇,⑤环节要注意,
④过程要注意避免。
解析:(1)废纸的主要成分是木质纤维,因而使其糖化的酶应为纤维素酶,由此得知①中的产酶微生只有纤维素分解菌能生,物应该大多分布在富含纤维素的环境中。以纤维素为唯一碳源的培养基上
挑选周围有需在培养基中加入刚果红,长,若想直接从此选择培养基中筛选出分解纤维素的微生物,因此可以通过测定纤维素酶分解纤不同菌的产酶量不一定相同,透明圈的菌落。(2)由于个体差异,酶、酶、维素后所产生葡萄糖的含量进行定量测定。(3)分解纤维素的酶是一种复合酶,包括CC X1在工业生产上通常利用酵母菌将葡萄糖液发酵产生酒精。发酵过程中要注葡萄糖苷酶等组分。(4) 意保证无氧条件,使发酵失败。,避免杂菌污染刚果红或落叶较多等) 纤维素富含纤维素答案:(1)( 透明圈测定纤维素酶分解纤维素后所产生葡萄糖的含量(2)不一定相同
酶、C酶、葡萄糖苷酶纤维素(3) C X1 ) 杂菌污染(4)酵母菌发酵装置密闭(或保证无氧条件等请给予合理的补,16.某实验小组欲从土壤中筛选出能分泌淀粉酶的芽孢杆菌,设计实验步骤如下充。(1)采样与培养:将采集的土样混匀后称取1 g,法灭菌处理的液体培养基置于经过
中,28 ℃振荡培养。
(2)接种与选择:为避免培养液中菌体浓度过高,需将培养液进行处理。之后,将菌液涂布接种于以为唯一碳源的固体培养基上,30 ℃条件下培养。为避免污染,需将培养皿呈
状态放置。此外,为排除其他因素的影响,提高实验可信度,本步骤需设计作为空白对照。(3)筛选与纯化:将适量的碘液滴加在平板中的菌落周围,如果菌落周围的现象是,
则说明此种菌能够分泌淀粉酶使淀粉发生水解。从平板中挑取实验效果明显的目的菌株,采用法接种于新的培养基平板,可对菌株进行进一步的纯化。
解析:微生物培养的培养基要用高压蒸汽灭菌处理。为避免培养液中菌体浓度过高,需将培养液进
行稀释。接种到以淀粉为碳源的选择培养基上,能利用淀粉的微生物才能生长,可用未接种的空白培养基作对照。微生物利用淀粉后,以微生物为中心的周围无淀粉,加入碘液不变蓝,呈透明状。进
一步纯化一般用平板划线法。
答案:(1)高压蒸汽灭菌
(2)系列稀释(或“梯度稀释”) 淀粉倒置未接种的空白培养基(或接种等量无菌水的培养基)
(3)出现透明圈平板划线
四种再生纤维的概述
四种再生纤维的概述及鉴定方式 再生纤维具有优良的吸湿性、穿着舒适性，是纺织服装业最理想、最有开 发潜力的纺织原料。 再生纤维概述： 1.Tencel纤维 Tencel纤维是以针叶树为主的木浆、水和溶剂氧化胺混合，加热至完全溶解，在溶解过程中不会产生任何衍生物和化学作用，经除杂而直接纺丝，其分子结构是简单的碳水化合物。Tencel纤维在泥土中能完全分解，对环境无污染;另外，生产中所使用的氧化胺溶剂对人体完全无害，几乎完全能回收，可反复使用，生产中原料浆粕所含的纤维素分子不起化学变化，无副产物，无废弃物排出厂外，是环保或绿色纤维。该纤维织物具有良好的吸湿性、舒适性、悬垂性和硬挺度且染色性好，加之又能与棉、毛、麻、腈、涤等混纺，可以环锭纺、气流纺、包芯纺，纺成各种棉型和毛型纱、包芯纱等。 2.Modal纤维 Modal纤维是一种全新的纤维素纤维，Modal纤维的原料来自于大自然的木材，使用后可以自然降解。由于这类纤维是采用天然纤维素为原料，具有生物将解性，并且在纤维生产过程中不产生类似粘胶县委的严重污染环境问题，是21世纪的新型环保纤维。Modal纤维价格是Tencel纤维的一半，系第二代再生纤维素纤维。Modal纤维可与多种纤维混纺、交织，发挥各自纤维的特点，达 到更佳的服用效果。Modal纤维面料吸湿性能、透气性能优于纯棉织物，其手 感柔软，悬垂性好，穿着舒适，色泽光亮，是一种天然的丝光面料。 3.大豆蛋白纤维 大豆蛋白纤维是以出油后的大豆废粕为原料，运用生物工程技术，将豆粕中的球蛋白提纯，并通过助剂、生物酶的作用，使提纯的球蛋白改变空间结构，再添加羟基和氨基等高聚物，配制成一定浓度的蛋白纺丝液，用湿法纺丝工艺纺成。豆粕是油脂车间的副产品，在我国资源十分吩咐，属废物综合利用，资源取之不尽，用之不竭。大豆蛋白纤维可称为新世纪的“绿色纤维”。由于大豆蛋白纤维外层基本上是蛋白质，与人体皮肤亲和性好，且含有多种人体所必须的氨基酸，具有良好的保健作用。在大豆蛋白纤维纺丝工艺中加入定量的有杀菌消炎作用的中草药与蛋白质侧链以化学键相结合，药效显著且持
纤维素总结
一：纤维素的结构分类及应用： 1）纤维素的结构： 2）纤维素的分类： 根据其在特定条件下的溶解度,可以分级为:α—纤维素，β-纤维素，γ-纤维素，α—纤维素指的是聚合度大于200的纤维素,β-纤维素是指聚合度为10一200的纤维素,γ-纤维素是指聚合度小于10的纤维素。 3）纤维素的应用： 纤维素是一多羟基葡萄糖聚合物,经过特定的物理或化学改性后,具有不同的功能特性,可以粉状，片状，膜，纤维以及溶液等不同形式出现,因此用纤维素开发的功能材料极具灵活性及应用的广泛性。 3.1 高性能纤维材料： 纤维素纤维是现代纺织业的重要原料之一,同时也是纤维素化工和造纸业的重要原料，当前,纸己经成为社会发展的必需品,不仅大量应用于印刷，日用品及包装物,还可以用于绝缘材料，过滤材料以及复合材料等领域,具有广泛而重要的用途。 3.2 可生物降解材料
纤维素能够作为可降解材料的基材使用,因为纤维素具有很多独特的优点:(1)纤维素本身能够被微生物完全降解;(2)维素大分子链上有许多轻基,具有较强的反应性能和相互作用性能,使得材料便于加工,成本低,而且无污染;(3)纤维素具有很强的生物相容性;(4)纤维素本身无毒,可广泛使用，由于纤维素分子间存在很强的氢键,而且取向度和结晶度都很高,使得纤维素不溶于一般溶剂，高温下分解而不融,所以无法直接用来制作生物降解材料,必须对其进行改性，纤维素改性的方法主要有醋化，醚化以及氧化成醛，酮，酸等。纤维素生物降解材料应用广泛,例如园艺品，农，林，水产用品，医药用品，包装材料及光电子化学品等,这里要特别提出的是纤维素在医学，光电子化学，精细化工等高新技术领域应用的更好西川橡胶工业公司研制开发的纤维素，壳聚糖系发泡材料存在很好的应用前景,其特点是重量轻，绝热性好，透气，吸水等,这些特点使其广泛应用于农业，渔业，工业，包装，医疗等各个领域。 3.3 纤维素液晶材料： 天然纤维素及其衍生物液晶是一类新颖的液晶高分子材料，和其它的纤维素衍生物液晶相比,新型的复合型纤维素衍生物液晶在纤维素大分子链中引入了刚性介晶基元,使得控制其液晶性质能够成为现实"这同时就为开发具有特殊性能的液晶高分子提供了新的研究领域,并且其相应的理论基础研究对探索高分子液晶的形成也有十分重要的指导意义，另外,由于天然纤维素是自然界取之不尽，用之不竭的可再生天然高分子,那么在石油及能源日益枯竭的今天,我们就很有必
木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展
木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展 潘春雷081143020 生科制药班摘要：木质纤维素是廉价易得，来源广泛的生物质，将其转化为生物无污染的，可再生的乙醇燃料具有很好发展前景。本文介绍了对木质纤维素的物理处理，物理化学处理，化学水解处理，生物处理的方法。 关键词：木质纤维素，乙醇，处理方法。 研究背景：目前世界温室效应及能源危机日益上升，人们在不断地寻找一种可再生的污染小的能源。各国将焦点放在乙醇的生产上。乙醇可以从粮食以及木质纤维素的发酵中得到，但由于全球仍然面临粮食危机，所以研究的焦点转到了对纤维素的处理上。纤维素原料是地球上产出量很大的可再生资源,其来源包括树木的枝叶、农作物的秸秆等, 据估计木质纤维素原料占世界生物质量(100 亿～500 亿t)的50 %【1】在整个生态系统的能量循环中有重要地位。在近几年的生态环境调查中表明农作物秸秆大多被焚烧，以获得钾肥，但此做法不仅污染了环境，而且浪费了资源，开发以木质纤维素为原料制备乙醇的工艺是未来工业燃料生产的发展方向。 1、木质纤维素生物质的主要成分 木质纤维素物质的主要组成是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可通过处理得到糖类。纤维素是由葡萄糖分子通过高度脱水缩合连接而成的高分子聚合物，纤维素的水解产物是葡萄糖单体。半维素也是生物高聚物，是由各种不同糖基组成的，主要是六碳糖和五碳糖，在特定条件下可以水解成单糖。木质素是由苯丙烷结构单体组成的天然高分子化合物，在细胞壁中起支撑和把纤维素和半纤维素结合起来的作用，但是木质素不能水解为单糖。 2、木质纤维素的预处理技术 （1） 物理处理方法 常见处理方法是机械破碎法、液相热水处理法等。其优点在于处理方便，装置简单，且处理过程中产生的污染小，但物理法处理要很高的能量, 如电能和热能，所以会增加生产成本。 机械破碎法：通常木质纤维素经碾碎处理后的原料大小通常为10～30 mm, 而经粉碎、研磨之后的原料颗粒大小一般为0.2～2 mm。粉碎处理的方法中, 以研磨中的球磨尤其是振荡球磨的效率高【2】。但是粉碎法耗能大, 粉碎处理耗能占整个过程总耗能的一半以上。而且该方法也不能适合所有的物质处理【3】所以此种物理处理方法不是很常用。 液相热水处理法：水在强的外界压力下能够渗透到木质纤维素的细胞结构中，从而达到水解纤维素和消除半纤维素的目的。原因是水使得离子化合物电离并溶解半纤维素。相对于化学预处理法, 液态热水法具有以下优点:①不使用酸碱类化学物质, 所以不需使用化学药品进行各种复杂 耗时的准备阶段的处理, 对于反应设备无特别严格的抗碱耐酸要求，从而降低了成本，获得更高的经济利益。②在进行液相热水处理法之前, 无需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处理,相对于机械破碎法，反应能耗较少③水解产物中中性残余物数量极少, 几乎不产生对发酵有抑制作用的副产品, 对纤维素和半纤维素的下一步化学或生物水解处理不会产生不良的影响【4】。 （2）物理化学法 物理化学法预处理主要包括蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、CO2 爆裂等。蒸汽爆裂法是使高温蒸汽与生物质混合,经计算预定好的时间后迅速打开阀门降压,水蒸气提供了一个强有力的热量载体,可使原料快速升温而不至于使生成的糖受到太强的稀释作用。在减压时，喷射出的蒸汽和液化物质由于压力降低而迅速放热，温度降低。该预处理方法可以使高压蒸汽可渗入纤维内部,最终以气体的形态从封闭的细胞膜和细胞壁中爆发出来,使纤维发生一定的物理断裂，于此同时,高温高压加剧了纤维素内部氢键的破坏和顺序构型的变化,得到了可以构成糖的官能团,促进半纤维素和
木质纤维素生物炼制
实验名称：木质纤维素生物炼制 一、摘要 生物炼制是利用农业废弃物、植物基淀粉和木质纤维素材料为原料，生产各种化学品、燃料和生物基材料。根据近来研究开发的不同情况，生物炼制分为木质纤维素炼制、全谷物炼制和绿色炼制。本实验属木质纤维素炼制，这是利用自然界中干燥的原材料如含纤维素的生物质和废弃物作原料进行的生物炼制。生物炼制大幅扩展可再生植物基原材料的应用，使其成为环境可持续发展的化学和能源经济转变的手段。纤维素生物转化燃料乙醇对解决当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要意义，已成为当前研究的热点。 二、实验目的、原理 2.1实验目的 本课程的目的是在生物反应器工程国家重点实验室生物炼制微型工厂公共平台实验室通过进行以类似工厂化的木质纤维素生物炼制流程操作，以玉米秸秆为起始原料经过典型的生物炼制过程生产燃料乙醇。通过对玉米秸秆的预处理和预处理效果评价以及玉米芯残渣的酶解制糖过程，使学生理解生物炼制工程的基本原理在科学研究和工业生产上的应用，掌握生物炼制工程的基本实验流程和技能，学会正确使用生物炼制专用仪器，观察记录实验数据，并对实验结果进行分析讨论。 2.2实验原理 高温稀酸预处理原理：玉米秸秆主要由大分子聚合物纤维素、半纤维素和木质素组成，而且在长期进化过程中演化出了对周围环境、生物酶、病虫害等具有极强生物抵抗性的致密结构。在高温的酸性环境中，可以促使半纤维素快速降解，破坏木质素的结构和纤维素的晶体结构，提高玉米秸秆中纤维素的酶解转化率。 预处理效果评价及玉米芯残渣糖化原理：在纤维素酶的作用下，将预处理后玉米秸秆中的纤维素/玉米芯残渣中的纤维素组分酶解生成葡萄糖。 三、实验材料、方法 3.1原材料与纤维素酶 原料：含有木质纤维素的生物质样品：外地产农作物玉米秸秆，用烘箱烘干后备用，采
白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类
白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类 3 相 辉 周志华 33 (中国科学院上海植物生理生态研究所 上海 200032) Lignocellulolytic enzymes in termite and its symbiotic microbes .XI ANG Hui ,ZH OU Zhi 2Hua 33 (Shanghai Institute o f Plant Physiology and Ecology Chinese Academy o f Sciences ,Shanghai 200032,China ) Abstract T ermites are im portant decom posers of lignocellulose in tropical ecosystems.They com prise a com plex assemblage of diverse species ,roughly divided into s o 2called lower and higher termites with different phag ous characters.T ermites can produce their own endoglucanases (EG )of G HF9,as well as glucosidase.Protistan symbiotic system of lower termite degrades cellulosic com pounds with high efficiency.Diverse lignocellulolytic enzymes are found in this system including G HF5,7and 45.Other related functional genes may include xylanase and pectinolytic related enzymes.Higher termites don ’t harbor flagellate.Fungus 2growing termites efficiently decom pose lignocellulose through their symbiotic relationship with basidiomycete fungi of the genus T ermitomyces.The symbiotic fungi produce cellulose ,xylanase and putative pectinolytic enzymes.They als o produce laccase which might be related to lignin degradation.H owever ,on m olecular level ,studies on lignocellulolytic emzymes of symbiotic fungi are relatively few.Many lignocellulolytic bacteria strains were is olated from termite guts ,divers cellulose genes were als o found recently.Lignocellulolytic enzymes in termite and its symbiotic systems may have potentials for the idea of cellulosic ethanol production by biological process. K ey w ords termite ,symbiotic flagellate ,fungi ,bacteria ,lignocellulolytic enzymes 摘 要 白蚁是热带生态系统重要的木质纤维素降解者。白蚁种类丰富,可分成高等白蚁和低等白蚁,食性也具有各自特点。白蚁自身可以产生纤维素酶,主要是G HF9的内切葡聚糖酶(EG ),也有β-葡萄糖苷酶(G B )。低等白蚁共生的原虫中已发现丰富的纤维素酶基因,属于G HF5,7和45。同时还有其他相关功能基因,如木聚糖酶和果胶类物质水解酶。高等白蚁肠道中没有共生原虫。高等培菌白蚁可以利用共生蚁巢伞属真菌促进木质纤维素降解,真菌可以产生纤维素酶,果胶质水解酶类、木聚糖酶,同时还产生可能与木质素分解相关的一种漆酶,但是从分子水平,关于共生真菌纤维素水解酶的研究还较少。白蚁肠道已分离出许多具有木质纤维素降解能力的菌株,最近的研究也发现了大量细菌纤维素酶基因。白蚁-共生系统丰富的木质纤维素水解酶类为发展生物方法开发纤维素乙醇这一思路提供有价值的资源。 关键词 白蚁,原生动物,真菌,细菌,纤维素水解酶 3中国科学院知识创新工程重要方向项目(K SCX22Y W 2G 2 022);中科院上海生命科学院优秀青年人才领域前沿项目(2007KIP501)。 33通讯作者,E 2mail :zhouzhihua @https://www.360docs.net/doc/a818104025.html, 收稿日期:2007212229,修回日期:2008203213 地球上的生物质资源主要来自光合生物,其中90%以上为木质纤维素类物质,它们代表了生态系统中营养金子塔的最庞大的基层 [1] 。 天然的木质纤维素材料含有纤维素、半纤维素和木质素等。其中纤维素是地球上最丰富的多糖物质,这类物质是植物细胞壁的主要成分,也是地球上最廉价的可再生资源。纤维素是葡萄 糖分子通过β-葡萄糖苷键连接而成的大分子多糖类物质。天然的纤维素是由多条纤维素分 子链所组成的聚合物,有着复杂的超分子结构。 半纤维素是一种碱溶性的多糖,包括木聚糖、木葡聚糖和愈创葡聚糖,其中木聚糖是最丰富、分布最广的一类。木质素是一种复杂的不溶性酚
十三五规划(纤维素纤维)
再生纤维素纤维行业“十三五”发展规划 ——中国化学纤维工业协会纤维素纤维分会 前言 再生纤维素纤维是采用富含纤维素的植物原料，经一系列的化学处理和机械加工而制的的纤维，主要品种包括粘胶纤维、醋酸纤维和铜氨纤维等传统再生纤维素纤维，以及以天丝为代表的新型溶剂法纤维素纤维等。 再生纤维素纤维是重要的纺织材料之一，具有很好的吸湿性、染色性和舒适性。在人们对产品可回收、可降解、对织物舒适性要求越来越高的条件下，其在纺织原料中凸现出越来越重要的作用，另外，其原料为可再生资源，是循环经济可持续发展的重要化学纤维产品。因此，再生纤维素纤维有着更为重要的意义和广泛的发展空间。 我国再生纤维素纤维工业的整体水平和竞争能力的发展将对世界再生纤维素纤维工业 产生重要影响。“当前纺织行业发展的新常态特征日益凸显，对于企业提出更高的调整转型的要求，企业发展压力和挑战将持续增加，但同时也隐含着外部发展的机遇和行业自身提升的动力”。在当前新常态下如何生存与发展是再生纤维素纤维行业“十三五”面临的迫切任务。 《再生纤维素纤维行业“十三五”发展规划》总结分析了我国再生纤维素纤维制造行业的发展现状及特点，存在主要问题和产业发展趋势，明确了“十三五”期间行业发展由“数量型”向“技术效益型”战略转变的指导思想，明确了发展目标和发展重点，提出了发展高新技术、功能性、差别化纤维的技术方向和主要任务。对贯彻落实《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》精神和《纺织工业“十三五”发展纲要》的具体要求，推动再生纤维素纤维行业的科技进步和自主创新，实现全面、协调和可持续发展，具有重要的指导作用。 一、“十二五”发展规划完成情况及特点 我国是世界最大的再生纤维素纤维生产国，主要生产粘胶纤维、醋酸纤维（用于烟草行业）、NMMO溶剂法纤维素纤维、低温尿素溶解纤维素纤维等。其主要产品是粘胶纤维，约占世界粘胶纤维总量近三分之二。原料采用进口木浆，进口棉短绒生产棉浆，国产木浆、棉浆、竹浆、纸改浆等品种，原料进口依存度约在60%左右。 “十二五”期间，纤维素纤维行业在大宗原料、纤维生产方面基本完成规划目标。在原料利用上发展较慢，木浆发展较快，许多大型纸浆生产企业都在转产溶解浆，溶解木浆产能已达150余万吨。棉浆生产由于资源受限，总量萎缩。竹、麻浆产量较低，秸秆利用进展缓慢。粘胶纤维工业在生产设备、工艺技术、产品质量、节能减排等方面都有了大幅度提高。高湿模量纤维、NMMO溶剂法纤维素纤维、低温尿素溶解纤维素纤维等也有了可喜的进步。 其特点是：企业规模不断增强、产量持续增长，产业集中度进一步加大、产业链配套有
木质纤维素预处理方法的研究进展
木质纤维素预处理方法的研究进展 摘要:概述了几种比较实用的木质纤维素预处理技术,总结了各种预处理技术的方法?原理以及优缺点,进而对木质纤维素预处理方法的发展前景进行了展望? 关键词:木质纤维素;预处理方法;研究进展 Research Advances of Pretreatment Technology of Lignocellulose Abstract: Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced, including the main methods, principles, advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward. Key words: lignocellulose; pretreatment method; research progress 随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗,开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题?作为一种可再生能源,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一?利用木质纤维素生产生物乙醇?丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容?我国天然纤维素原料非常丰富(包括农作物秸秆?林业副产品?城市垃圾和工业废弃物等),利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径,对于解决环境污染?食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义? 1 木质纤维素的结构 木质纤维素是指以纤维素?半纤维素和木质素为主要成分的原料,3种成分在植物原料中的含量分别为35%~50%?15%~25%和15%~30%?纤维素是聚合度在 1 000~10 000的葡萄糖的线性直链聚合物,由结晶相和非结晶相交错形成,结晶相结构致密,阻碍纤维素的分解?半纤维素结构较纤维素简单,主要是由木糖?阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖?甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物,在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖?木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物,在植物结构中发挥胶粘作用,将纤维素和半纤维素紧密结合在一起,增大茎秆的机械强度,起到木质化作用,阻碍微生物对植物细胞的攻击,同时减小了细胞壁的透水性?纤维素和半纤维素作为可酵解糖类,占原料总重的65%~75%[1]? 2 预处理的目的 木质纤维素的转化利用可分为原料预处理?酶水解和糖发酵3个阶段,主要的技
再生纤维概述
再生纤维具有优良的吸湿性、穿着舒适性，是纺织服装业最理想、最有开发潜力的纺织原料。 再生纤维概述： 1.Tencel纤维 Tencel纤维是以针叶树为主的木浆、水和溶剂氧化胺混合，加热至完全溶解，在溶解过程中不会产生任何衍生物和化学作用，经除杂而直接纺丝，其分子结构是简单的碳水化合物。Tencel纤维在泥土中能完全分解，对环境无污染；另外，生产中所使用的氧化胺溶剂对人体完全无害，几乎完全能回收，可反复使用，生产中原料浆粕所含的纤维素分子不起化学变化，无副产物，无废弃物排出厂外，是环保或绿色纤维。该纤维织物具有良好的吸湿性、舒适性、悬垂性和硬挺度且染色性好，加之又能与棉、毛、麻、腈、涤等混纺，可以环锭纺、气流纺、包芯纺，纺成各种棉型和毛型纱、包芯纱等。 2.Modal纤维 Modal纤维是一种全新的纤维素纤维，Modal纤维的原料来自于大自然的木材，使用后可以自然降解。由于这类纤维是采用天然纤维素为原料，具有生物将解性，并且在纤维生产过程中不产生类似粘胶县委的严重污染环境问题，是21世纪的新型环保纤维。Modal纤维价格是Tencel纤维的一半，系第二代再生纤维素纤维。Modal纤维可与多种纤维混纺、交织，发挥各自纤维的特点，达到更佳的服用效果。Modal纤维面料吸湿性能、透气性能优于纯棉织物，其手感柔软，悬垂性好，穿着舒适，色泽光亮，是一种天然的丝光面料。 3.大豆蛋白纤维 大豆蛋白纤维是以出油后的大豆废粕为原料，运用生物工程技术，将豆粕中的球蛋白提纯，并通过助剂、生物酶的作用，使提纯的球蛋白改变空间结构，再添加羟基和氨基等高聚物，配制成一定浓度的蛋白纺丝液，用湿法纺丝工艺纺成。豆粕是油脂车间的副产品，在我国资源十分吩咐，属废物综合利用，资源取之不尽，用之不竭。大豆蛋白纤维可称为新世纪的“绿色纤维”。由于大豆蛋白纤维外层基本上是蛋白质，与人体皮肤亲和性好，且含有多种人体所必须的氨基酸，具有良好的保健作用。在大豆蛋白纤维纺丝工艺中加入定量的有杀菌消炎作用的中草药与蛋白质侧链以化学键相结合，药效显著且持久，避免了棉制品用后整理方法开发的功能性产品，其药效难以持续的缺点。大豆蛋白纤维织物手感柔软、光滑，具有良好的吸湿透气性，有真丝般的光泽，抗皱性优于真丝，尺寸稳定性好。 4.竹纤维 竹纤维是继大豆蛋白纤维之后我国自行开发研制并产业化的新型再生纤维素纤维，竹纤维分竹素纤维和竹原纤维。竹素纤维是以毛竹为原料，在竹浆中加入功能性助剂，经湿法纺丝加工而成。竹原纤维是将毛竹经天然生物制剂处理后所制取的纤维。作为纺丝原料的竹浆粕，来源于速成的鲜竹，资源十分丰富。其废弃物土埋、焚烧不会造成环境污染，属于环保型纤维，满足绿色消费的需求。竹纤维是性能与粘胶纤维相类似，竹纤维织物具有良好的吸湿、透气性，其悬垂性和染色性能也比较好，有蚕丝般的光泽和手感，且具有抗菌、防臭、防紫外线功能
纤维素水解方案
磺酸树脂NKC-9催化离子液体中纤维素的降解 小组成员：应化0901：周凯、白晓鹏日期：2012/9/6 应化0903：王成武、康靖 一丶实验原理： 1固体酸水解原理 固体酸水解原理不同于传统的酸水解原理，固体酸与纤维素的作用发生在固体酸表面，而不是酸溶液中。固体酸水解可分为三步骤： 第一步：纤维素水解为可溶性葡聚糖； 第二步：可溶性葡聚糖的糖苷键吸附在固体酸的活性位上; 第三步：葡聚糖进一步水解得到葡萄糖并且释放于液相中。 2还原糖测定原理 还原糖的含量采用3，5-二硝基水杨酸比色法(DNS法)测定。还原糖的测定是糖定量分析的基本方法。还原糖一般是指含有自由醛基或酮基的糖类，单糖都是还原糖，多糖和双糖不一定是还原糖，其中麦芽糖和乳糖是还原糖，淀粉和蔗糖是非还原糖。利用溶解度不同可将单糖、双糖与多糖区分开来。对于没有还原性的双糖和多糖，可以用酸水解的方法使其降解成有还原性的单糖，然后进行测定。还原糖在碱性条件下加热能将3，5-二硝基水杨酸中的硝基还原成氨基，生成棕红色的3-氨基-5-硝基水杨酸。在一定范围内，还原糖的量与棕红色物质颜色的深浅成正比关系，利用紫外分光光度计，在540nm波长下测定吸光度值，再根据标准曲线计算，便可求出样品中还原糖的含量（吸光度控制在0.2到0.8之间）。 二丶实验器材： 水浴锅，电子天平，圆底烧瓶，20ml试管，移液枪，具塞刻度试管，紫外分光光度计 蒸馏水，微晶纤维素，咪唑氯离子液体，DNS试剂，葡萄糖标样 三丶实验步骤： 1葡萄糖标准曲线的制作 （1）溶液的制备 葡萄糖标准溶液的制备：取约0.1g葡萄糖标样，80oC真空干燥3-4h，然后准确称量0.05g 左右的干燥样品，加少量的蒸馏水溶解，转移到50ml的棕色容量瓶中，摇匀，定容，计算溶液的准确浓度，备用。 咪唑氯离子液体的合成：6mlN-甲基咪唑和9.5ml1-氯丁烷混合，加热干燥，80-85oC，反应10-20分钟，然后升温至100-105oC反应24小时，再升温至115oC反应8小时，直至最终体系无明显分层。用10ml乙酸乙酯洗涤萃取三次。剧烈混合乙酸乙酯和离子液体产物，分液，蒸馏除去残留乙酸乙酯，产物在90oC真空干燥6-8小时，称重，计算产率。 DNS试剂的制备：取3.15克DNS样品和131ml 2mol/L NaOH 溶液，加入250ml含有92.5克酒石酸钠的热水溶液中，加2.5克亚硫酸钠和2.5克苯酚，搅拌溶解，冷却，定容至500ml,储存于棕色试剂瓶中备用。（配制显色剂过程中加入苯酚可增加试剂的显色作用,亚硫酸钠可进一步增强试剂的稳定性。样品测试液的制备过程中,水解时间要严格控制,时间短则多糖水解不完全,时间长则单糖和盐酸发生化学反应生成糖醛,不能和3,5-二硝基水杨酸发
生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的测定
生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的测定 一实验目的 1.掌握生物质中主要化学成分含量的经典分析方法和原理。 2.了解纤维素、半纤维素以及木质素这三种主要化学成分在生物质热裂解中的作用。 二实验原理 植物的主要化学成分是纤维素、半纤维素和木质素这三部分。它们是构成植物细胞壁的主要组分。其中，纤维素组成微细纤维，构成纤维细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素是填充在纤维和微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。 1.纤维素 生物质粉末在加热的情况下用醋酸和硝酸的混合液处理，在这种情况下，细胞间的物质被溶解，纤维素也分解成单个的纤维，木质素、半纤维素和其它的物质也被除去。淀粉、多缩戊糖和其它物质受到了水解。用水洗涤除去杂质以后，纤维素在硫酸存在下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水。 C6H10O5 + 4K2Cr2O7 + 16H2SO4 = 6CO2 + 4Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 21H2O 过剩的重铬酸钾用硫酸亚铁铵溶液滴定，再用硫酸亚铁铵滴定同量的但是未与纤维素反应的重铬酸钾，根据差值可以求得纤维素的含量。 K2Cr2O7 + 6FeSO4+ 7H2SO4 = 3 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O 2.半纤维素 用沸腾的80％硝酸钙溶液使淀粉溶解，同时将干扰测定半纤维素的溶于水的其它碳水化合物除掉。将沉淀用蒸馏水冲洗以后，用较高浓度的盐酸，大大缩短半纤维素的水解时间，水解得到的糖溶液，稀释到一定体积，用氢氧化钠溶液中和，其中的总糖量用铜碘法测定。 铜碘法原理：半纤维素水解后生成的糖在碱性环境和加热的情况下将二价铜还原成一价铜，一价铜以Cu2O的形式沉淀出来。用碘量法测定Cu2O的量，从而计算出半纤维素的含量。 测定还原性糖的铜碱试剂中含有KIO3和KI，它们在酸性条件下会发生反应，也不会干扰糖和铜离子的反应。加入酸以后，会发生反应释放出碘： KIO3 + 5KI +3H2SO4 = 3I2 + 3K2SO4 +3H2O 加入草酸以后，碘与氧化亚铜发生反应： Cu2O + I2 + H2C2O4 = CuC2O4 + CuI2 + H2O 过剩的碘用Na2S2O3溶液滴定：2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI 3.木质素 先用1％的醋酸处理以分离出糖、有机酸和其它可溶性化合物。然后用丙酮处理，分离叶绿素、拟脂、脂肪和其它脂溶性化合物。将沉淀用蒸馏水洗涤以后，在硫酸存在下，用重铬酸钾氧化水解产物中的木质素： C11H12O4 + 8K2Cr2O7 + 32H2SO4 = 11CO2 + 8K2SO4 + 8Cr2(SO4)3 + 32H2O 过量的重铬酸钾用硫酸亚铁铵溶液滴定。方法和测定纤维素相同。 三实验所需试剂和仪器 1. 实验试剂 硫酸亚铁铵分析纯，重铬酸钾分析纯，硫代硫酸钠分析纯， 硝酸钙分析纯，硫酸铜分析纯，碘化钾分析纯， 可溶性淀粉分析纯，氯化钡分析纯，邻菲啰啉分析纯，
纤维素的结构及性质
一.结构 纤维素是一种重要的多糖，它是植物细胞支撑物质的材料,是自然界最非丰富的生物质资源。在我们的提取对象－农作物秸秆中的含量达到450－460g/kg。纤维素的结构确定为β-D-葡萄糖单元经β－（1→4）苷键连接而成的直链多聚 体，其结构中没有分支。纤维素的化学式：C 6H 10 O 5 化学结构的实验分子式为 （C 6H 10 O 5 ） n 早在20世纪20年代，就证明了纤维素由纯的脱水D-葡萄糖的重复 单元所组成，也已证明重复单元是纤维二糖。纤维素中碳、氢、氧三种元素的比例是：碳含量为％，氢含量为％，氧含量为％。一般认为纤维素分子约由8000～12000个左右的葡萄糖残基所构成。 O O O O O O O O O 1→4）苷键β-D-葡萄糖 纤维素分子的部分结构（碳上所连羟基和氢省略）二．天然纤维素的原料的特征 做为陆生植物的骨架材料，亿万年的长期历史进化使植物纤维具有非常强的自我保护功能。其三类主要成分－纤维素、半纤维素和木质素本身均为具有复杂空间结构的高分子化合物，它们相互结合形成复杂的超分子化合物，并进一步形成各种各样的植物细胞壁结构。纤维素分子规则排列、聚集成束，由此决定了细胞壁的构架，在纤丝构架之间充满了半纤维素和木质素。天然纤维素被有效利用的最大障碍是它被难以降解的木质素所包被。 纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键，半纤维素和木质素之间除了氢键外还存在着化学健的结合，致使半纤维素和木质素之间的化学健结合主要在半纤维素分子支链上的半乳糖基和阿拉伯糖基与木质素之间。 表：植物细胞壁中纤维素、半纤维素、和木质素的结构和化学组成
项目纤维素木质素半纤维素 结构单元吡喃型D－葡萄 糖基G、S、H D-木糖、苷露糖、L-阿拉伯糖、 半乳糖、葡萄糖醛酸 结构单元间连接键β-1,4-糖苷键多种醚键和C-C 键，主要是 β-O-4型醚键 主链大多为β-1,4-糖苷键、 支链为 β-1,2-糖苷键、β-1,3-糖苷 键、β-1,6-糖苷键 聚合度几百到几万4000200以下 聚合物β-1,4-葡聚糖G木质素、GS木质 素、 GSH木质素木聚糖类、半乳糖葡萄糖苷露聚糖、葡萄糖甘露聚糖 结构由结晶区和无 定型区两相 组成立体线性 分子α不定型的、非均一 的、非线性 的三维立体聚合 物 有少量结晶区的空间结构不 均一的分子，大多为无定型 三类成分之间的连接氢键与半纤维素之间 有化学健作用 与木质素之间有化学健作用 天然纤维素原料除上述三大类组分外，尚含有少量的果胶、含氮化合物和无机物成分。天然纤维素原料不溶于水，也不溶于一般有机溶剂，在常温下，也不为稀酸和稀碱所溶解。 三．纤维素的分类 按照聚合度不同将纤维素划分为：α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素，据测α-纤维素的聚合度大于200、β-纤维素的聚合度为10～100、γ-纤维素的聚合度小于10。工业上常用α-纤维素含量表示纤维素的纯度。 综纤维素是指天然纤维素原料中的全部碳水化合物，即纤维素和半纤维素的总和。
浅谈新型再生纤维素纤维的发展前景
浅谈新型再生纤维素纤维的发展前景 刘长河 胡正春 王建坤 (天津工业大学纺织与服装学院,天津 300160) [摘 要] 本文介绍了新型再生纤维素纤维的性能和特点,从资源、市场、环保三方面分析了新型再生纤维素纤维的发展前景。 [关键词] 新型;再生纤维素纤维;前景 1 前 言 在20世纪70年代以前,作为再生纤维素纤维之一的粘胶纤维,曾是化学纤维生产的第一大品种。然而,随着合成纤维新品种的出现和发展,加上粘胶纤维的生产工艺流程长而复杂,能耗大,耗水量大,特别是严重污染环境,废气和污水的治理难度高、费用大,一些发达国家相继关闭了部分生产粘胶纤维的工厂。致使其世界产量在20年间下降约41%。 在这一背景下,天然纤维素纤维再次得到重视。自然界纤维素年产量1000亿吨,大约只有2.5%是通过再生途径制作成纤维等加以利用的。纤维素资源十分丰富,纤维素是可再生的自然资源,具有可持续性;纤维素具有环保性,可参与自然界的生态循环。作为纺织纤维,纤维素纤维具有优良的吸湿性、穿着舒适性,一直是纺织品和卫生用品的重要原料。所以,纤维素纤维是新世纪最理想,最有前途的纺织原料之一。近年来,出现M odal、Tencel等新一代再生纤维素纤维。随着新型再生纤维素纤维在生产中的大量应用,前景将非常看好。2 各种新型再生纤维素纤维 2.1 T encel纤维 天丝是我国的通俗称呼,它的学名叫Lyocell,商品名叫Tencel。它与粘胶纤维同属再生纤维素纤维,虽然粘胶纤维在19世纪90年代已经问世,并在化学纤维中占据着重要地位,但由于粘胶纤维的制造工艺严重污染环境,在人们强烈呼吁清洁生产、保护地球生态环境、减少污染的今天,如何克服污染环境的缺点呢?荷兰阿克苏?诺贝尔(Akzo Nobel)公司属于美国恩卡公司和德国的恩卡研究所与1980年研究成功用有机溶剂直接溶解纤维浆粕生产纤维素纤维的工艺方法,并取得了专利。1989年,布鲁塞尔国际人造及合成纤维标准局(BISFA)把由这类方法制造的纤维素纤维正式命名为“Ly ocell”。与此同时,英国考陶尔兹公司于20世纪80年代初开始研制T encel短纤维,在得到荷兰阿克苏?诺贝尔公司Ly ocell的许可证后,马上开始试生产,在实验工厂经过反复试验,成功地开发出一种对人体无害的氧化胺溶剂,其后又解决了生产中的一系列问题,最后成功地生产了T encel短纤。 天丝纤维的化学结构,基本与棉纤维,粘 2
微生物在木质纤维素降解中的应用进展
草学 微生物在木质纤维素降解中的应用进展CAO XUE 微生物在木质纤维素降解中的应用进展 熊乙匕杨富裕2,倪奎奎J许庆方“ （1.山西农业大学动物科技学院，山西太谷030801； 2.中国农业大学草业科学与技术学院，北京100193） 摘要：木质纤维素广泛存在于植物细胞壁中，是造纸、制糖工业、农田降解和畜牧业中常见的大分子物质，有着广泛的研究关注度。微生物降解法在不同行业木质纤维素降解中发挥着重要的作用，它安全、高效、绿色的方式是环保节能性产业发展的理想模式。本文对国内外木质纤维素结构和微生物降解相关文献进行分析和评述，由这些研究进展报告可以发现：（1）木质素和纤维素由变构后的木聚糖作为中介连接形成复合体— —木质纤维素；（2）细菌在降解过程中不同于真菌，能产生多种多样的酶；（3）工业催化剂和基因编辑技术应用于木质纤维素降解中，前者利用金属氧化物等作为催化剂大大提高了降解效率，后者通过沉默或者敲除特定基因，改变木质纤维素合成途径。催化剂是降解木质纤维素效率较高的方法，通过改进反应压强和温度等工艺，未来可能实现温和条件降解木质纤维素。基因编辑技术则从根本上改变了木质纤维素原料的组成，使得其利用发生质的变化。但是微生物降解仍然是最适于农业木质纤维素降解的方法，未来应该会有更多关于耐热性酶制剂的研究。 关键词：木质素；纤维素；真菌；细菌；生物降解 中图分类号：Q946文献标识码：A文章编号：2096-3971(2019)05-0001-07 DOI：10.3969/j.issn.2096-3971.2019.05.001 1木质纤维素概述 木质纤维素由纤维素、半纤维素和木质素组成， 是维持植株形态，保护植物组织的重要物质，广泛 存在于植物界各种植物细胞壁中。自然界中绿色植 物通过同化作用将无机碳转化为糖类储藏于组织中， 这些葡萄糖经过不同的聚合反应进一步合成为半纤 收稿日期：2019-07-19 基金项目："十三五”国家重点研发计划— —千草低损耗高品质 规模化生产及产品加工技术研究与示范 （2017YFD0502103-02）资助。 作者简介：熊乙（1993-）,男，在读博士，研究方向为饲草 生产加工与利用。 *通讯作者：许庆方（1972-）, 为饲草生产与利用。男，教授，博士，研究方向 维素、纤维素等复杂的化合物，木质素则由含苯环 的氨基酸通过转氨基作用进行转化合成⑴。它们再 通过酯键、醯键等化学键连接形成高聚合大分子， 纤维素长链扭曲成外部疏水的微纤丝，木质素通过 静电作用与变构后的木聚糖结合，木聚糖桥接纤维 素微纤丝的疏水区域，三者形成复杂的木质纤维素 复合体⑴（见图1）。 半纤维素常由木糖、阿拉伯糖等单糖聚合构成， 半纤维素具有一定的亲水性，使得植物细胞具有纤 维弹性，比纤维素容易降解；纤维素是较难降解的 大分子聚合物，是生物界中分布最广、含量最高的 生物质，其含量占植物界碳含量的50%以上⑷；木 质素主要通过化学键连接半纤维素组成植物细胞壁， 具有运输水分和保护等功能，其含量占生物质的 10%-30%t3'51o IIED
木质纤维素预处理技术_易锦琼
农产品加工·学刊 2010年第6期 随着能源、环境、粮食三大危机的出现，发达国家和发展中国家越来越认识到寻求清洁、可再生能源的迫切性[1]。从20世纪70年代石油危机爆发以来，一些国家开始尝试利用生物质原料生产燃料乙醇。越来越多的国家将生物质能源产业作为国家的重大战略推进，纷纷投入巨资进行生物质能源的研发。以玉米、麦、甘蔗等农作物为原料生产燃料乙醇，在许多国家（如巴西、美国、中国）已实现产业化和商业化。但在世界范围内，粮食供应仍是一个大问题，以粮食为原料生产燃料乙醇必将受到限制。而以木质纤维素生产燃料乙醇具有可再生性、无污染性等特点，得到了广泛的研究与应用[2-6]。 木质纤维素是地球上最丰富、最廉价，且符合可持续发展要求的可再生资源[7-8]。每年仅陆生植物就产生纤维素约500×108t ；纤维素资源还是最主要的生物质资源，它占地球生物总量的60%~80%。我国是一个农业大国，玉米秸秆、小麦秸秆和稻草是我国农业生产中农作物的3大秸秆，每年仅农作物秸秆就有7×108多t ，林业副产品、城市垃圾和工业废物数量也很可观。以纤维素为原料生产乙醇有巨大发展潜力和工业应用前景。 木质纤维原料主要由纤维素、半纤维素和木质素 组成，其结构稳定复杂[9-10]。纤维素不仅被半纤维素和木质素所包裹，且其本身也存在着高度结晶性使酶制剂很难与纤维素接触[11]。天然纤维素材料直接进行 酶促水解，酶解率一般都非常低（ <20％）[12]，进而影响总糖产率，增加了经济成本。因此必须借助化学和物理的方法进行预处理，破坏纤维素—木质素—半纤维素之间的连接，降低纤维素的结晶度，脱去木质素，增加原料的疏松性，以增加纤维素酶系与纤维素的接触面积，从而提高酶效率。1 预处理方法 预处理必须满足以下要求[13]：促进糖的形成，或提高后续酶水解形成糖的能力；避免糖降解或损失；避免形成副产物阻碍后续水解和发酵过程；节约成本。目前，木质纤维素原料预处理的方法主要有：物理法、化学法、物理化学法和生物法等。1.1物理方法 常用的物理方法有：机械粉碎、微波处理、高温分解和高能辐射等。1.1.1机械粉碎 机械粉碎包括：干法粉碎、湿法粉碎、球磨和锤磨等。木质纤维素原料在机械外力作用下颗粒变小， 收稿日期：2010-03-01基金项目：973计划项目（2009CB226108）。作者简介：易锦琼（1986-），女，湖南人，在读硕士，研究方向：生物质能源。E-mail ：yijinqiong@https://www.360docs.net/doc/a818104025.html, 。 木质纤维素预处理技术 易锦琼1，2，熊兴耀1，2 （1.湖南省作物种质创新与资源利用重点实验室，湖南长沙410128；2.湖南农业大学园艺园林学院，湖南长沙410128） 摘要：纤维质物料的预处理是木质纤维素原料生产燃料乙醇的关键步骤。介绍了木质纤维素的组成结构及其对纤维 素水解的影响，概述了酸碱处理、湿氧处理、爆破处理、氨爆破处理等方法，对预处理技术的发展前景进行了展望。关键词：纤维素；半纤维素；木质素；预处理中图分类号：TQ223.12+2文献标志码：A doi ：10.3969/jissn.1671-9646(X).2010.06.001 Research on the Pretreatment of Lignocellulose Yi Jinqiong 1，2，Xiong Xingyao 1，2（1.Hu'nan Provincial Key Laboratory for Gerplasm Innovation and Utilization of Crop ，Changsha ，Hu'nan 410128，China ；2.College of Horticulture and Landscape Architecture ，Hu'nan Agricultural University ，Changsha ，Hu'nan 410128，China ）Abstract ：The pretreatment of fibre material was a critical step in the production of fuel ethanol by lignocellulosic materials.The structure and composition of lignocellulose ，and its effects on cellulose hydrolysis were introduced.Various pretreatment techniques of lignocellulose were summed up in this paper.The foreground of the development of pretreatment techniques was also predicted. Key words ：cellulose ；hemicellulose ；lignin ；pretreatment 第6期(总第211期)农产品加工·学刊 No.62010年6月 Academic Periodical of Farm Products Processing Jun. 文章编号：1671-9646(2010)06-0004-04