時間：2023-05-30 09:35:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇纖維素水解，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：小麥秸稈；糖化發酵；NaOH預處理
中圖分類號：TQ353 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）18-4355-04
第二代生物質乙醇是利用不同的原料如木材、農業或者森林廢棄物來生產，纖維素乙醇作為一種重要的可再生能源，具有能夠支撐全球能源消耗20%～100%的潛力。在纖維素乙醇的生產過程中非常重要的一步就是將半纖維素和纖維素水解為單糖，目前最具發展前景的水解方法為纖維素酶水解。為了使纖維素酶能夠與纖維素有效接觸，需要在水解之前對木質纖維素材料進行預處理，解除木質素、半纖維素等對纖維素的保護作用，同時破壞纖維素的結晶結構，增加其比表面積[1]，從而提高纖維素的水解糖化效率。
NaOH溶液的潤漲處理是發現最早、應用最廣的預處理手段之一，其處理溫度和壓力都低于其他預處理手段[2]。NaOH預處理打開了交聯木質素和木聚糖的酯鍵，能夠部分溶解原料中的木質素、半纖維素，降低纖維素的結晶度，同時增大了木質素材料的比表面積，能夠得到較高的酶解糖化率，是一種較為有效的預處理方法[3]。
本試驗使用NaOH溶液對小麥秸稈進行預處理，分別研究了NaOH質量分數、小麥秸稈固體含量、預處理時間等因素對小麥秸稈纖維素酶水解過程的影響，得到了最佳的NaOH預處理條件，之后對經最佳條件預處理后的小麥秸稈進行了同步糖化發酵試驗，并在電子顯微鏡下觀察了預處理前后的秸稈結構變化，進一步明確了NaOH預處理的效果。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 原料 小麥秸稈取自太湖農村，機器收割，不含秸稈根部和麥穗。
1.1.2 酶制劑 纖維素酶購自Sigma公司，為淡黃色液體纖維素酶。
1.1.3 酵母菌 試驗所用酵母為釀酒酵母BY4742， 于4 ℃下保存。
1.2 方法
1.2.1 小麥秸稈預處理 小麥秸稈粉碎后過80目篩，烘箱中55 ℃干燥，設置不同質量分數的NaOH、小麥秸稈固體含量及預處理時間，在121 ℃、0.2 MPa的條件下在高壓滅菌鍋中進行預處理。預處理結束后冷卻至室溫，加入適量的稀鹽酸調節pH至中性，之后使用高速離心機進行離心并清洗3～5次。預處理后的小麥秸稈于105 ℃烘干，保存于干燥皿中備用。
1.2.2 纖維素酶水解 分別取未經預處理以及經NaOH預處理的秸稈各4.0 g，定容至100 mL，根據本課題組前期研究結果[4]，選取纖維素酶投加量為30 FPU/g秸稈，溫度40 ℃，檸檬酸鹽調節pH為4.8，共水解120 h，每隔24 h取樣1次，離心后取上清液進行HPLC分析。
1.2.3 同步糖化發酵 根據本課題組關于同步糖化發酵條件的研究，分別取未經預處理以及最優條件下NaOH預處理后的秸稈各1.6 g，確定固體含量為0.16 g/mL，纖維素酶投加量為35 FPU/g秸稈，酵母菌濃度8 g/L，檸檬酸鹽調節pH為4.0，溫度設置為38 ℃，同步糖化發酵120 h，每隔24 h取樣分析。
1.3 分析方法
1.3.1 小麥秸稈成分分析 小麥秸稈纖維素、半纖維素和木質素含量的測定采用NREL實驗室提供的方法[5]。
1.3.2 還原糖及乙醇含量測定 樣品中纖維二糖、葡萄糖、木糖、乙醇濃度采用Shimadzu高效液相色譜分析儀檢測，檢測器為示差折光檢測器，色譜柱為Aminex HPX-87P Column。檢測條件：柱溫65 ℃，檢測器溫度60 ℃，流動相為超純水，流速0.8 mL/min，進樣量20 μL。
1.3.3 小麥秸稈結構分析 采用電鏡掃描觀察。樣品在室溫風干之后平鋪于導電膠上，進行離子濺射金處理45 s，用JSM-7401F場發射掃描電子顯微鏡觀察。
1.3.4 計算公式 纖維素水解產生葡萄糖的化學方程式如方程式（1）所示，理論上，100 g纖維素水解可產生111.1 g葡萄糖。葡萄糖發酵產乙醇的化學方程式如方程式（2）所示，理論上，100 g葡萄糖發酵可產生51.1 g乙醇和48.9 g CO2。由此可知，100 g纖維素理論上可產生56.8 g乙醇。
2 結果與分析
2.1 不同NaOH預處理條件對小麥秸稈酶解效果的影響
2.1.1 NaOH對小麥秸稈酶解效果的影響 本試驗首先考察了不同質量分數的NaOH預處理條件下，纖維素酶水解小麥秸稈的效果。分別以0.25%、0.50%、1.00%、2.00%和4.00%的NaOH溶液預處理已粉碎干燥的小麥秸稈，之后進行120 h的水解試驗，并每隔24 h取樣進行還原糖含量分析。經不同NaOH溶液預處理后小麥秸稈水解產物中還原糖情況如圖1所示。預處理過的小麥秸稈經過酶解后，主要產生了纖維二糖、葡萄糖、木糖3種還原糖，由圖1可以看出，隨預處理NaOH質量分數的增加，酶解液的還原糖含量逐漸升高，其產量均在NaOH質量分數為1.00%時達到最高，其中葡萄糖含量在酶水解48 h時達到最高，為14.13 g/L。之后NaOH質量分數繼續增大時，還原糖產量開始下降，可能因為在預處理過程中NaOH溶解半纖維素和木質素的同時也水解了部分纖維素，還原糖進入了液相，在進行固液分離時損失[6-8]。
2.1.2 固體含量對小麥秸稈酶解效果的影響 本試驗設置預處理時的小麥秸稈固體含量分別為0.025、0.050、0.100、0.150和0.200 g/mL，采用在“2.1.1”方法中確定的NaOH預處理最佳質量分數1.00%對小麥秸稈進行預處理，之后進行120 h的酶解試驗，每24 h取樣測定其還原糖含量。不同固體含量下NaOH預處理產物中還原糖含量如圖2所示。由圖2可見，預處理過程中在小麥秸稈固體含量提高到0.050 g/mL時，酶解液中的3種還原糖含量均達到最高。其中葡萄糖在纖維素酶水解48 h時其濃度達到最大值14.13 g/L。之后固體含量繼續增大時，其還原糖產量下降。分析其原因可能是預處理過程中固體含量對預處理強度產生影響，固體含量過高時，因NaOH溶液的量相對減少，難以與秸稈充分接觸，從而影響了預處理效果[9，10]。
2.1.3 預處理時間對小麥秸稈酶解效果的影響 本試驗設置預處理時間分別為15、30、50、60和90 min，采用“2.1.1”方法得到的預處理最佳NaOH質量分數1.00%和“2.1.2”方法得到的最佳固體含量0.050 g/mL對小麥秸稈進行預處理，之后進行120 h酶解，每隔24 h取樣測定其還原糖產量。不同預處理時間下3種還原糖的產量如圖3所示。
由圖3可見，隨著預處理時間的增加，小麥秸稈酶解液3種還原糖含量在60 min時達到最大。其中葡萄糖濃度在酶水解24 h后達到最大值15.30 g/L。預處理50 min以上時，NaOH溶液對木質素和半纖維素的溶解基本完成，纖維素充分暴露出來，預處理時間增加到60、90 min時，酶解產生還原糖的濃度變化不大，考慮到增加預處理時間會顯著增加能耗，故將60 min確定為最佳預處理時間。
2.2 NaOH預處理對小麥秸稈酶解效果的影響
通過上述試驗可以得到NaOH預處理小麥秸稈的最佳條件為NaOH質量分數1.00%，小麥秸稈固體含量0.050 g/mL，預處理時間60 min。將經過預處理的小麥秸稈殘渣酶解120 h，其反應進程見圖4。
由圖4可知，在最佳預處理條件下，酶解24 h時，酶解液總還原糖產量達到最大，為34.65 g/L，其產率為86.61%。而未經預處理的小麥秸稈在酶解剛開始時總還原糖產量便開始下降，最高僅為4.80 g/L，其產率僅為12.01%。最佳預處理條件下的總還原糖產率也明顯高于常規的稀堿預處理的總還原糖產率[3]。這是因為NaOH預處理對半纖維素和木質素均有較好的去除效果，解除了木質素和半纖維素對纖維素的保護作用，同時破壞纖維素大分子之間的結晶結構，增大了小麥秸稈的比表面積，改善了底物與纖維素酶的接觸效果，同時也有效減少了木質素對纖維素酶的特異性吸附，使纖維素酶可以充分作用于底物，有效提高了小麥秸稈的酶解效果[11，12]。
2.3 小麥秸稈成分分析
使用NREL實驗室的方法分別測定未經NaOH預處理的小麥秸稈與經過最優條件預處理過的小麥秸稈成分，結果如表1所示。由表1可見，小麥秸稈在經過了最優條件預處理后，木質素的含量由25.73%降低至11.75%，同時纖維素的含量由39.31%升高至58.84%。表明NaOH能夠提高纖維素在底物中所占比例，同時降低木質素等所占比例[13]，有利于后續酶解進程。
2.4 同步糖化發酵結果
未經NaOH預處理的小麥秸稈與經過最佳條件預處理的小麥秸稈經同步糖化發酵后上清液成分如表2所示。
由表2可見，未經NaOH預處理的小麥秸稈由于結晶以及木質結構的保護，酶解過程受到抑制，進而影響了酵母菌對還原糖的發酵。而經過最佳NaOH預處理條件處理后，乙醇的產量大幅上升，由處理前的7.98 g/L上升到38.32 g/L，乙醇產率由22.40%上升至71.70%，無法被酵母菌利用的木糖含量也由處理前的0.80 g/L上升到了12.94 g/L。
由此可見，NaOH預處理不僅能夠有效去除木質素，而且基本不影響纖維素[14]，纖維素可以進一步水解并發酵產生乙醇，NaOH預處理是一種高效的木質纖維素產乙醇的預處理方法。
2.5 NaOH預處理前后小麥秸稈結構分析
小麥秸稈粉末在NaOH溶液質量分數為1.00%、固體含量0.050 g/mL、121 ℃、0.2 MPa的條件下預處理60 min，恢復至室溫干燥后備用。同時準備一份未經預處理的小麥秸稈粉末，干燥后備用。樣品平鋪在導電膠上，噴金45 s后用掃描電鏡觀察，其SEM結果如圖5所示。
由圖5可見，未經NaOH預處理的小麥秸稈表面光滑，纖維排列比較整齊，沒有明顯的破損和孔隙，結構致密。經過NaOH預處理后的小麥秸稈的半纖維素、纖維素和木質素的部分結構遭到破壞、分離，纖維和纖維束出現卷曲和折疊，變得柔軟疏松，排列凌亂；秸稈表面由預處理前的致密變得疏松，有序排列變得雜亂無章；原來光滑的表面上出現了片狀的物質，這可能是溶出的半纖維素和木質素[15]。經過預處理的小麥秸稈的比表面積大大增加，這更有利于纖維素酶的吸附，有利于水解，從而提高了酶水解液中還原糖的得率。
3 結論
1）NaOH預處理小麥秸稈的最佳條件為：NaOH質量分數1.00%，小麥秸稈固體含量0.050 g/mL，預處理時間60 min。
2）經過NaOH預處理的小麥秸稈水解液還原糖得率可提升74.60個百分點。
3）通過SEM觀察發現，經過NaOH預處理后，秸稈表面變得粗糙，有利于纖維素酶的吸附及進一步水解。
4）經過最佳條件NaOH預處理的小麥秸稈進行同步糖化發酵其乙醇產率提高了49.30個百分點。
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關鍵詞：纖維素原料；纖維素酶；預處理；水解；發酵；生物能源乙醇；精餾和脫水；產業化
長期以來我國能源生產以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主，不僅消耗了大量的自然資源，而且對環境造成了嚴重污染。根據國家統計局的中國統計年鑒的數據顯示，2003年能源生產總量為1．7億t標準煤，2012年為3．3億t標準煤，增幅達93％，我國迫切需要一種可再生能源來代替化石能源。在美國、巴西及歐洲已形成新的可再生能源－燃料乙醇產業。隨著糧食價格的不斷上漲，土地資源日益緊張，以糧食為原料的生物液體燃料技術發展前景并不樂觀。而木質纖維素是地球上最豐富的可再生資源，發展纖維素生物乙醇成為我國和其他能源發達國家的必然選擇。木質纖維素是地球上最豐富的可再生資源，以其作為原料生產生物乙醇是最具發展前景的生產路線，利用現代化生物技術手段開發以纖維素為原料的生物能源，已成為當今世界發達國家能源戰略的重要內容。
1纖維素乙醇主要技術
路線纖維素乙醇的工藝技術路線主要包括預處理、水解、發酵、蒸餾脫水等幾大環節。其中關鍵步驟是酶水解，該過程具有反應條件溫和、過程可操縱性、對環境友好等優點。
1．1纖維素原料的預處理方法
目前，纖維素原料的預處理方法可分為物理法、化學法、物理化學相結合法以及生物法等。
1．1．1物理法
常見的物理法預處理技術包括機械粉碎法、高溫熱水處理法、微波輻射、射線處理等等，該類處理方法操作簡單，無環境污染，但需要較高的動力，其耗能約占糖化總過程耗能的60％以上。機械粉碎法：用振動磨等物理外力將纖維素原料進行粉碎處理，可以破壞木質素和半纖維素與纖維素之間的結合層，但是木質素仍然會被保留，其結果降低三者的聚合度，改變纖維素的結晶構造。該處理方法可提高反應性能和提高糖化率，保證酶解過程中纖維素酶或木質素酶發揮作用。高溫熱水處理法：即酸催化的自水解反應，原理就是在高溫（200℃以上）且壓力高于同溫度下飽和蒸汽壓時，使用高溫液態水去除部分木質素及全部半纖維素，但高溫作用會使產物有所損失，并產生一些有機酸等次級代謝產物抑制酶解與發酵過程。按照水與底物的進料順序不同，可分為以下3種，即流動水注入、水與物料相對進料及兩者平行進料，這3種方式都是利用沸水的高介電常數去溶解所有的半纖維素和1／3～2／3的木質素，但反應需要的pH值要求較高，一般控制在4～7之間，來減少副作用。
1．1．2化學法
稀酸預處理和濃酸預處理：濃酸具有腐蝕性，生產過后需要回收，因此大大增加了成本，所以稀酸水解應用的范圍廣，稀酸水解一般是在高溫高壓下進行，稀酸能夠斷裂纖維素內部的氫鍵，使得纖維素易水解且提高木聚糖到木糖的轉化率，雖然該方法較其他方法比較而言有很高的轉化率，但是據Selig等研究表示，在高溫條件下（如140℃處理時），在纖維素表面可能會形成一些木質素與碳水化合物復合物形成的球狀液滴。堿預處理技術：該方法原理是破壞木質素和碳水化合物之間的連接，破壞生物質的結晶區，使木質素溶于堿液從而促進水解的進行。常用的堿包括Ca（OH）2和氨水等。Chen等采用價格便宜的Ca（OH）2處理TK－9芒草秸稈半纖維素，其水解率大于59．8％，木質素的去除率為40．1％。Kim等發現利用NH4OH、在60℃條件下、采用1∶7的料液比處理廢棄秸稈9h可以去除70％～80％的木質素，若酶用量充足，可以將所有的纖維素水解掉。
1．1．3物理化學方法
氨冷凍爆破法：類似于蒸汽爆破法，其區別之處在于氨處理對設備的要求和所需的能耗降低，在蒸煮的過程中加入氨，同時還要注意氨的有效回收，其原理是液氨在50～80℃、1．5MPa條件下，采用物理方法，將壓力驟降，使液氨蒸發，使木質素晶體爆裂，破壞木質素與糖類的連接，脫去部分木質素，使得木質素的結構得以破壞，增加纖維素表面積和酶解的可及度。隨后向系統加入固液混合物，經過蒸發的氨通過壓縮可以得到有效回收。Alizadeh等采用柳枝為原料，將葡聚糖的轉化率從20％提高到90％，木質纖維素原料的酶解速率得到較大提高，另外該方法避免了酶的降解，無干擾抑制物的產生，因此處理過后無需處理。
1．1．4生物方法
自然界中有多種能夠分解木質素的微生物，其中分解能力最強的是木腐菌，包括3種：百腐菌、軟腐菌、褐腐菌。百腐菌能分泌胞外氧化酶包括漆酶、過氧化酶、錳過氧化酶等，因此百腐菌是自然界最主要的木質素降解菌，這些木質素降解酶能有效、徹底地將木質素降解成為水和二氧化碳。
1．2發酵酶解
發酵酶解技術是木質素生產纖維素乙醇技術的關鍵，國內研究人員經過多年的探索，取得了較好的進展，如生產成本下降，生產工藝流程簡化。酶解發酵主要將五碳糖或六碳糖經過微生物發酵同時轉化為乙醇。利用木質纖維素原料生物轉化乙醇主要有4種途徑：分步水解和發酵（SHF）、同步糖化發酵（SSF）、同步糖化共發酵（SSCF）和直接微生物轉化（DMC）。
1．2．1分步水解和發酵（SHF）
分步水解和發酵的原理是，2個過程獨立進行，其優點就是各步能在各自適宜的溫度下（50～55℃酶解，35～340℃發酵）進行，有利于反應完全，纖維素酶首先將纖維素原料水解，再將得到的C5或C6分別發酵生產乙醇，也可共發酵產乙醇，該途徑最大的缺點就是酶解過程中的水解產物積累會抑制酶的活性，導致水解不徹底。世界上第一座纖維素乙醇示范裝置是加拿大Iogen公司于2004年在渥太華建立的，該公司以纖維素為原料利用SHF工藝，固液分離水解糖，利用工程菌生產乙醇，產能1800t／年。瑞典的O－Vik公司以木屑為原料采用SHF工藝建立的乙醇廠，成本只有0．46歐元。美國的Verenium則以甘蔗渣為原料，采用稀酸水解，采用基因工程大腸桿菌發酵生產乙醇，1t干生物質年產100加侖乙醇。
1．2．2同步糖化發酵（SSF）
同步糖化和發酵，即在同一個反應容器里，纖維素酶解與葡萄糖的乙醇發酵同時進行，微生物能直接利用酶解產生的糖，這樣避免了對纖維素酶的反饋抑制作用，SSF是目前生產乙醇最主要的方式，國內外的中試裝置上基本都采用此方法，主要代表就是瑞典Lund大學，采用木屑為原料，利用工程酵母發酵，其原料轉化率可達90％，提高乙醇產量。在生產過程中，原料在經過預處理之后，加入纖維素酶和酵母共發酵，不能被酶解的木質素則被分離出來，通過再利用提供能量，通過乙醇蒸餾工藝進行回收。
1．2．3同步糖化共發酵（SSCF）
SSCF法是SSF法的改進，最主要的優勢在于對戊糖的利用。半纖維素中含有豐富的戊糖，如木聚糖、阿拉伯聚糖，在SSF法中大量戊糖并未能轉化成乙醇；如果在發酵過程中接種能夠將戊糖轉化為乙醇的微生物，將大大提高發酵液中最終乙醇含量。Su等研究發現，利用重組的Zymomonasmobilis發酵玉米秸稈，在SSCF法中，當葡萄糖存在時，縮短了木糖的發酵時間；但葡萄糖與木糖會競爭相同的膜轉運蛋白，而且蛋白優先轉運葡萄糖，在培養基中葡萄糖含量降低到一定程度后，菌種才開始利用木糖進行發酵。現階段SSCF法采用混合菌種發酵居多，在下一步研究過程中，應開發能夠同時利用戊糖和己糖發酵產乙醇的新菌種。
1．2．4直接微生物轉化（DMC）
直接微生物轉化又稱為統合生物工藝，即原料中木質纖維素成分通過某些能夠產生纖維素酶的微生物群生產乙醇的工藝，同時該微生物還能利用發酵糖生產乙醇，這就要求該種微生物同時具有以下3個步驟：產纖維素酶、酶解纖維素、發酵產乙醇。目前，研究最多的就是粗糙脈孢菌和尖鐮孢菌這2種真菌，該菌有獨立的纖維素酶生產，在有氧和半通氧2種狀態下，分別產水解后的底物和發酵糖為乙醇，方法簡便，和普遍使用的SSF相比，無需額外酶的加入，能夠同時利用五碳糖或六碳糖，具有很廣的應用前景。Mascoma公司利用酵母和細菌共同完成產生纖維素酶和發酵產乙醇的工藝步驟，酶生產單元大大減少，在中試裝置上使用該技術，降低了成本，減少了費用。
1．3精餾和脫水技術
精餾和脫水技術主要是提純產物乙醇，其工藝類似于淀粉燃料乙醇的生產過程。精餾和脫水技術可以借鑒淀粉質原料燃料乙醇生產工藝中已經發展成熟的工業化技術，木質纖維素類原料發酵液中乙醇濃度比較低，一般情況下均在5％以下，致使精餾操作能耗高。有研究者建議，在木質纖維素水解液乙醇發酵工藝中耦合滲透蒸發技術來提高進入精餾系統發酵液中乙醇濃度，但是滲透蒸發系統本身的動力消耗也比較大，而且滲透蒸發所用的透醇膜容易被菌體污染的問題也很突出。
2纖維素乙醇發展展望
2．1纖維素乙醇產業化發展的局限
目前，木質纖維素類生物質制備生物乙醇因其在生產、能耗和政策支持3個方面存在問題，不能實現大范圍的工業化生產。生產技術方面存在工藝流程和預處理技術2個方面的限制，能源利用率存在成本和產出之比高低問題，以及存在政府是否頒布相應的支持條例的問題。首先，從原料上來看，木質纖維素由于自身堅固的細胞壁結構和難以水解的結晶纖維素，使得生產燃料乙醇需要較高的成本費用，其次，從生產工藝流程來看，制備燃料乙醇要經過預處理、酶解、發酵等過程，在預處理過程中，不同的處理方法針對不同的原料有不同的處理效果，雖然對燃料乙醇提供了有力的支持，但是也存在不同程度的局限之處。在水解和發酵方面，一般采用的技術工藝是分步水解和發酵（SHF）、同步糖化發酵（SSF）、同步糖化共發酵（SSCF）和直接微生物轉化（DMC）。分步水解和發酵的反應特點是纖維素水解和水解液發酵可以在不同的反應容器中進行，所以兩者可以選擇適宜條件。其缺點在于，水解產物糖對纖維素酶有反饋抑制作用，使水解不完全，同時在轉移產物過程中，由于在不同容器中進行，易造成微生物污染。而SSF則與此相反，在酶水解糖化纖維素的同時加入能產生乙醇的纖維素發酵菌，使兩者在同一裝置中連續進行，工藝大大簡化，又能消除底物葡萄糖對纖維素酶的反饋抑制作用。但是也存在局限因素，如木糖的抑制作用、酶解溫度和發酵溫度不一致等。研究最多的假絲酵母菌、管囊酵母菌能夠將木糖轉化為乙醇，解決此難題。同步糖化共發酵（SSCF）是由該方法衍生出的新工藝，同樣具有廣闊應用前景。中國科學院生化工程國家重點實驗室陳洪章等在了解了SSF法之后，提出秸稈分層多級轉化液體燃料的新構想，在秸稈不經過添加化學藥品的低壓爆理之后，采用發酵－分離乙醇耦合系統，多級轉化燃料乙醇和生物油，降低成本費用和酶的用量，簡化生產工藝，提高酶解效率。
2．2纖維素乙醇產業化發展的趨勢目前，國外纖維素乙醇產業化研究正進入一個關鍵時期，中國在這方面也有很好的基礎，為了更快地實現產業化，應當吸取國外石油化工的實踐經驗，堅持生物精煉和乙醇聯產的創新模式，促使纖維素乙醇實現產業化。該模式即實現原料的充分利用和產品價值最大化，就是所謂的“吃干榨凈”，具體含義指利用玉米生產燃料乙醇，還能生產相關產品，如玉米油、高果糖漿、蛋白粉、蛋白飼料和其他系列產品，這樣既提升了纖維素乙醇經濟附加值，又能取得良好的經濟和社會效益，一舉兩得。燃料乙醇將很快進入全球的成品油市場，在替代汽油供應方面發揮不可替代的作用。
在未來幾年，隨著中國對石油進口依賴度加深，擴大國內燃料乙醇產能已經成為必需。但是由于糧食生產乙醇的工藝不適合我國采用，因此，纖維素乙醇研究已經成為目前研究工作的重點。纖維素乙醇研究工作涉及物理、生物工程、化學等多個領域，為了早日實現纖維素乙醇產業化，應當提出相應的發展戰略，首先，應該制定生物質能源產業的國家和地方的發展戰略，政府應采取鼓勵政策繼續加大科研資金投入；其次，利用己糖發酵菌種的構建及木質纖維原料生物量全利用等方面來提升纖維素乙醇的經濟效益：最后，要建立工業示范裝置，為纖維素乙醇產業發展提供實踐經驗。纖維素乙醇作為主要的生物能源，應加快以纖維素乙醇為核心的綜合技術的開發，整合多方力量，實現優勢互補，使其在我國能源結構轉變中發揮重要的作用。
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關鍵詞：糧粒皮層 纖維素 半纖維素 礦物成 維生素
在糧食中皮層含量一般占6～20%，皮層的主要成分是纖維素、半纖維素、木質素及蛋白質、脂肪、可溶性糖、維生素、礦物質。其中纖維素、半纖維素的含量占皮層重量的一半以上。礦物質主要集中在皮層，維生素也豐富地含在胚中。在糧粒生長和儲藏中皮層起保護胚乳的作用，機械性能較強。在加工成品糧時，精度不同，皮層混入的量不同，營養成分的比例也不同。
首先分析纖維素，糧食籽粒中纖維素含量大約2～10%，主要集中在糧粒皮層。小麥籽粒中纖維素含量為2.3～3.7%，皮層中纖維素含量53%。玉米2.3～2.4%，燕麥為12.6%。就整粒而言，皮殼中含量最多，胚含量較少，胚乳幾乎不含。纖維素的一般分子式和淀粉相等，為（C5H1005）n,但n的數值比淀粉大得多，是所有多糖中最大的一種，近一萬個葡萄糖殘基。纖維素水解后，產生大量的葡萄糖。纖維素分子間以氫鍵互相結合成微晶束，微晶束間又是非常多的氫鍵結合，十分牢固。不但機械性能很強，化學性質也很穩定。它不溶于水及各種有機溶劑，也不溶于稀酸和稀堿，即使在熱水中長時間煮沸也不溶解，所以不能被人體消化吸收，纖維素雖不溶解于水，但親水性很強，容易吸水膨脹，利用這一特性加工中能有效去除皮層。纖維素可用高濃度強酸水解，用稀酸水解則需在加壓下長時間加熱，水解的最終產物為β—D—葡萄糖，因此那些含纖維素很多的糧食加工付產品都可以通過工業水解或反芻動物的腸道變成葡萄糖，直接作為飼料或其他發酵工業的原糧。反芻動物的腸道中有大量能消化纖維素的微生物寄生菌，它能分泌纖維素酶，而纖維素的分解產物葡萄糖則被寄主加以利用，這也是含纖維素多的糧食加工副產品作為飼料的理論基礎。
人體消化系統不能分泌纖維素酶類，故不能消化纖維素。因此在糧食加工中務必去掉糧粒外部纖維素很多的皮層，去掉越多，則精度越高。但是從現代營養學的觀點來看，人類膳食中都必須含有這種不能消化的纖維素，膳食纖維又稱為“第七類”營養素。因為它具有促進腸道蠕動解除便秘，加速毒素排除，防止結腸病變的作用。根據流行病的調查結果，在膳食含有大量纖維素的人群中出現結腸炎和結腸癌的機會要少得多，尤其是中老年人及室內辦公人員，活動少腸胃蠕動功能低，故建議食用含些皮層的粗制糧。
纖維素經過適當地處理可制得改性纖維素，如羧甲基纖維素，在食品工業中廣泛用作增稠劑；微晶纖維素，在療效食品中用作無熱量填充劑。
半纖維素也是一種多聚糖，常與纖維素在一起，但化學成分很復雜，往往不是一種單糖聚合而成。其水解產物中既有戊糖，又有己糖，還有糖醛酸。所以半纖維素與纖維素在分子組成上不同，它是雜聚多糖，而纖維素是同聚多糖。半纖維素的組成成分隨植物種類而異，一般以木聚糖以及木聚糖的葡萄糖醛酸居多。半纖維素與稀酸共熱則幾乎全部水解，水解的木糖可以制成結晶木糖或木糖漿及糖醛，木糖經過氧化反應生成木糖醇。木糖醇味覺好，甜度大，可作食糖的代用品，也具有一定的醫療作用。在某些方面還能改進食品的質量和有利于食品的保存。半纖維素對家畜來說，消化率可以達到90%，但只有很少一部分被人體消化，因此最好直接用作飼料及工業水解。
木質素，不是碳水化合物，但它在細胞壁中常與纖維素及半纖維素混在一起，是細胞壁特別是木質化細胞壁的主要成分之一。木質素是填充在纖維素的微晶束之間的空隙中，也有一部分木質素與纖維素成結合狀態。木質素的細胞都是死細胞，不再起代謝作用，是植物中最穩定的物質，故木質素主要是加強組織的機械強度，增強對腐生菌的抵抗力。
糧食籽粒的皮層含有大量礦質元素，如P,K,Mg,Ca,Fe,Si,Na等及微量礦質元素如Zn,Mn,Ni,As等。這些礦質元素有的是細胞壁或原生質的組成成分。如稻殼中的Si,蛋白質的S，白和磷脂中的P,葉綠素中的Mg,果膠中的Ca及植酸鹽中的Ca和Mg等。有的是生物有機體生理活動機能的調節者，如k對于光合作用，Ca對養分運輸，Fe對葉綠素的形成都具有調節作用。有的還是酶的組成成分，如Fe是抗壞血酸氧化酶和多酚氧化酶的組成成分，這些元素就成為酶的活化催化劑。總之，礦質元素是一切動植物生長所不可缺少的物質基礎之一，尤其以鈣和鐵用以評定食物中的礦質元素的營養價值。一般情況下，糧粒加工精度越高，皮層除去越徹底礦質元素含量越低，故粗制糧中礦質元素含量豐富些。
還有重要的一類營養素——維生素，它分為水溶性維生素和脂溶性維生素兩類。維生素是維持人和動物正常生理功能所必須的一類天然有機化合物。一般不能在體內合成，腸道微生物可合成一些，但遠不能滿足機體需要，通常由食物來供給，糧食籽粒中的種種維生素大部分分布在胚和皮層中的糊粉層中，胚乳含量很少。加工后大多數維生素轉入副產品中，所以加工精度越高，保留下來的維生素越少，專門米白面的人常常容易患腳氣病，這就是人們共知的維生素缺乏病。故適當食用粗制糧能最大限度滿足人體對礦物質及維生素的需求。
蛋白質和脂肪及可溶性糖也是糧粒皮層的構成成分，但由于它們的來源比較豐富，一般情況都能滿足。
綜上所述，糧粒皮層營養物質豐富，它既含有不易被人體消化吸收但極具生理功能的纖維素、半纖維素及木質素，還含有其他部位相對缺乏的礦物質和維生素，對人體具有重要的生理功能，故人類膳食細中有粗是必要的也是科學的。
參考文獻
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纖維素酶是一組復合酶系,通過多種酶的協同作用水解降解纖維素,纖維素酶主要來源于可產纖維素酶的細菌和真菌。其中,由于絲狀真菌纖維素酶產量高于細菌和酵母菌等真菌,被廣泛應用于纖維素酶產業化生產。作為絲狀真菌中的一員,黑曲霉菌高產纖維素酶,且安全、無毒素,在產纖維素酶微生物研究領域,黑曲霉菌是開發、利用最為廣泛的真菌之一。近年來,在高產纖維素酶微生物,發酵產酶工藝,應用領域等方面國內外均開展了相關研究,且取得了一定的進展。
1 纖維素酶的組成與催化機制
纖維素酶是由三種不同酶組成的復合酶系,主要包括內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶或纖維二塘水解酶、β - 葡萄糖苷酶。三種酶通過協同作用將纖維素降解為寡糖和纖維二塘,并最終水解為葡萄糖。內切葡聚糖酶主要作用于纖維素分子的非結晶區,隨機水解β - 1,4 糖苷鍵并產生大量帶有非還原末端的小分子纖維,此外,也能水解纖維素的某些基團取代產物,如羧甲基纖維素和羥乙基纖維素等。外切葡聚糖酶主要作用于微晶纖維素分子的還原端和非還原端,水解β - 1,4 糖苷鍵,從而裂解下二糖分子。β - 葡萄糖苷酶可將纖維二糖和其他可溶性寡糖水解為葡萄糖。
2 產纖維素酶微生物
產纖維素酶的微生物主要包括細菌、真菌和放線菌。放線菌和細菌纖維素酶產量相對較低,放線菌生長緩慢,相關研究較少,細菌纖維素酶多為內切葡聚糖酶,對結晶纖維素無活性,且分離難度較大,影響其產業化開發。高產纖維素酶的真菌主要包括曲霉菌屬、木霉菌屬、青霉菌屬、鐮孢菌屬和枝頂孢雄屬等。其中,絲狀真菌是纖維素酶產業化開發與利用的首選微生物。曲霉菌屬是絲狀真菌中著名的高產纖維素酶菌屬之一,而作為曲霉菌屬中的一員,黑曲霉菌除高產纖維素酶外,還能合成木聚糖酶、果膠酶、淀粉酶、α - 半乳糖苷酶、β - 葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、甘露聚糖酶、植酸酶、蛋白酶等酶,可促進生物質的高效降解,且安全、無毒素,其研究與產業化開發也較為廣泛。
3 黑曲霉菌產酶工藝與影響因素
由于黑曲霉菌需在低含水量固態發酵底物中生長、傳代,其生產纖維素酶工藝通常采用固體發酵法。固體發酵法的最大優點是可以利用木質纖維素廢棄物作為發酵底物,且固體發酵法提供的生長環境與黑曲霉菌的天然生長環境相似,更有利于其生長、傳代。此外,固體發酵法還具備成本低,工藝簡單,酶產物回收率高,能源需求低,污水排放少等優點。主要缺點是發酵過程中溫度、pH、營養成分含量等工藝條件的控制與監測較為復雜與困難。另外,國外也有學者改良了黑曲霉菌發酵產酶工藝,Cunha 等選用黑曲霉菌為生產菌,甘蔗廢棄物為發酵底物,應用固液連續發酵法生產纖維素酶,研究結果表明,應用固液連續發酵法獲得內切葡聚糖酶和木聚糖酶產量高于傳統的固體發酵法。
黑曲霉菌纖維素酶產量受到多種因素影響,主要包括發酵培養工藝,產酶誘導因子,菌株產酶效率,發酵設備生產效率等均可影響黑曲霉菌的生長狀態,從而影響其酶合成量。其中,發酵培養條件( 如pH、溫度、培養基氮源、碳源、陽離子等) 可通過優化實驗改良。在固體發酵底物中添加不同種類的纖維素和木質素,乳糖等誘導因子,可在一定程度上誘導黑曲霉菌提高纖維素酶產量。
4 產纖維素酶黑曲霉菌應用研究
黑曲霉菌高產纖維素酶,在乙醇等生物燃料開發領域具有一定應用前景。此外,在食品加工,木質纖維素廢棄物降解,動物飼料添加劑等領域也取得了相關研究進展。
4. 1 生物燃料
2010 年我國可收集秸稈資源量約為7 億t,加上工業和林業纖維廢棄物,每年木質纖維素資源總量將超過20 億t。產纖維素黑曲霉菌可將農作物的秸稈、工業和林業纖維廢棄物等木質纖維素原料水解為葡萄糖,用于生產乙醇、有機酸和其他化學制品,從而緩解人們對礦物燃料的依賴。Bjorn 等將甘蔗渣和云杉木水解液作為發酵底物,研究了重組黑曲霉菌D15 菌株的產酶特性,結果表明,重組黑曲霉菌D15 不僅可降解木質纖維素,還可降解和轉化其衍生物,如乙酸、呋喃醛、紫錐菊多酚等,有利于酵母菌乙醇發酵,從而促進以木質纖維素生物質為原料第二代生物乙醇工廠的發展。
4. 2 食品加工
在保健食品、果汁和蔬菜汁加工和茶葉加工等領域,國內外學者報道了相關研究。Dhillon 等選用蘋果醬、稻殼、藜蘆醇、硫酸銅、乳糖等原料配制固體發酵培養基,研究了黑曲霉菌NRRL - 567 纖維素酶粗提液中非特異性殼多糖酶和殼聚糖酶的活性,殼多糖酶和殼聚糖酶活性分別達到了70. 28 U/g 和64. 20 U/g,且保存1 個月后酶活性仍達到92% ~94%。高殼多糖酶和殼聚糖酶活性的黑曲霉菌纖維素酶提取液,可用于生產低分子量殼多糖和殼聚糖低聚體。在保健食品生產方面具有重要的用途。Ajay等從黑曲霉菌DFR - 5 酶液中提純木聚糖酶,并研究了木聚糖酶與果膠酶和纖維素酶混合物對菠蘿汁產量和澄清度的影響。與對照組相比,木聚糖酶試驗組菠蘿汁的生產率和澄清度分別達到了71. 3% 和64. 7%,均高于對照組( 61. 8% 和57. 8%) 。結果表明,黑曲霉菌木聚糖酶提取液可用于提高果汁澄清度,在果汁和蔬菜汁加工領域具有一定的應用前景。另外,在茶葉加工領域,黑曲霉菌是普洱茶發酵過程中的優勢菌,通過合成多種酶類,促進酚類物質、纖維素、果膠、蛋白質等物質的分解,可一定程度上改善茶葉感官特性,縮短加工時間,提高茶葉品質。
4. 3 木質纖維素廢棄物降解
纖維素類城市固體廢棄物作為一類可再生生物質,其資源量巨大,可用于生產纖維素酶,Gautam等選用城市固體廢棄物作為碳源,研究了黑曲霉菌和木霉菌纖維素酶活,固體廢棄物、蛋白胨、酵母提取液為最理想的碳源和氮源,黑曲霉菌和木霉菌培養物中酶的總量比其他真菌高40% ~ 60%。結果表明,纖維素類城市固體廢棄物作為一種碳源,可由黑曲霉菌和木霉菌降解、利用。此外,黑曲霉菌還可降解農作物秸稈、甘蔗渣、椰殼廢棄物等纖維素廢棄物資源,合成纖維素酶,變廢為寶,從而減少資源浪費,降低環境污染。
4. 4 動物飼料添加劑
由于黑曲霉菌安全,無毒素,且高產纖維素酶,在動物飼料添加劑研究與應用領域,已引起國內外學者的關注。Chandra 等分別以牛落花生飼草、麥麩、米糠、鋸屑等木質纖維素作為固體發酵底物,研究了黑曲霉菌濾紙酶活、羧甲基纖維素酶活和葡萄糖苷酶酶活,比較了各種底物發酵前后蛋白含量。其中,黑曲霉菌發酵落花生飼草和麥麩底物后濾紙酶活、羧甲基纖維素酶活、β - 葡萄糖苷酶酶均顯著高于其他實驗組。此外,發酵后的牛落花生飼草蛋白含量有所提高。結果表明,黑曲霉菌可發酵牛落花生飼草、麥麩等木質纖維素合成纖維素酶,且提高了牛落花生飼草營養價值。張福元等研究了黑曲霉發酵玉米秸稈產纖維素酶及降解基質的營養條件,優化營養條件后可使黑曲霉菌株產CMCase、FPase 酶活性達到最高。此外,經黑曲霉菌發酵后,玉米秸稈粗蛋白含量提高了1. 2 倍,粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量分別下降了34%、19%、23%。結果表明,黑曲霉菌可發酵玉米秸稈合成纖維素酶,且提高了玉米秸稈營養價值,為玉米秸稈青貯、黃貯發酵飼料的產業化開
發和應用提供了科學依據。 5 小結
關鍵詞 活性添加劑；沼氣發酵；產氣率
中圖分類號 S216.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2012）20-0197-01
沼氣發酵是一個多菌群在厭氧條件下共生代謝、使有機物轉化為甲烷和二氧化碳的過程[1]。在厭氧消化過程中，沼氣產量與各種水解酶活性呈正比關系。水解酶包括脂肪酶、纖維素酶、淀粉酶等。有研究表明，要加快發酵原料中纖維素的降解速度，明顯提高沼氣產量，可采用適量添加水解酶的方法[2-4]。有機廢物是發酵所用的主要原料，包括有機垃圾、人畜糞便等，具有淀粉、蛋白質、脂肪、纖維素等有效成分。發酵過程開始這些成分也隨之進行水解，整個發酵的速度由其決定，而水解的速度由各種成分對應的酶活決定。由此可見，水解酶活與沼氣產量存在直接關系。因此，維持沼氣發酵系統中的一定水解酶活力，有利于提高沼氣產量和原料的利用率。該文主要研究活性添加劑對沼氣發酵產氣率的影響，以為借助生物酶的手段提高原料產氣率和利用率提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 供試材料
供試菌種：以前期研究中收集的混合菌種進行初步篩選得到的水解性混合菌種作為菌種。發酵原料：新鮮的豬糞。
1.2 試驗方法
1.2.1 活性添加劑的制備。以麥麩和米糠作為培養基原料，加水至原料含水60%～70%，發酵原料攪勻后接入5%左右的混合麩曲種，攪勻裝入簸箕中，裝入簸箕的料量厚5～7 cm；上架擺放，上面扣蓋相同大小的簸箕，于室溫下培養3～4 d，其間翻料1～2次；翻料時，不宜把料弄碎，應成塊狀進行翻料降溫；發酵完畢，風干至水分含量低于5%。各簸箕發酵產物集中混合均勻后，取樣分析各酶活值[5-6]。
1.2.2 添加劑對產氣量的影響。以豬糞為試驗原料，用12套裝置在實驗室開展試驗，將配制好的發酵料液混合均勻后分裝在發酵瓶中，在室溫下進行批量發酵，每瓶裝入發酵料液800 mL。3 d后產氣正常，將12套裝置隨機分為4組，每組設3次重復，設1個對照組，不加添加劑，第1、2、3組分別加入占發酵料液質量分數0.005%、0.010%、0.020%的添加劑，具體試驗設計見表1。在試驗過程中，記錄每天的產氣量，試驗共進行30 d。
1.2.3 添加劑酶活性的測定。主要測定添加劑中糖化型淀粉酶、纖維素酶和半纖維素酶的活性。
2 結果與分析
2.1 添加劑的酶活性
利用篩選的混合菌種制備出沼氣發酵添加劑，經測定，各混合水解酶活性見表2。從表中數據可以看出，對混合菌種進行篩選和馴化可制備出酶活性較高的沼氣發酵活性添加劑。
2.2 添加劑對沼氣發酵產氣量的影響
試驗共開展了30 d，活性添加劑對豬糞產沼氣的影響見圖1。可以看出，CK總產氣量為2 634 mL，添加添加劑0.005%的第1組總產氣量為2 823 mL，產氣量比CK增加7.18%；添加添加劑0.010%的第2組總產氣量為3 063 mL，產氣量比CK增加16.29%；添加添加劑0.020%的第3組總產氣量為3 103 mL，產氣量比CK增加17.81%。研究結果表明，添加發酵添加劑后對沼氣發酵環境是有益的，產氣量有所增加。
3 結論
（1）對混合菌種進行篩選和馴化制備出酶活性較高的沼氣發酵活性添加劑，糖化型淀粉酶的酶活為55 000 mg葡萄糖/g·h，纖維素酶的酶活為1 700 μg葡萄糖/g·min，半纖維素酶的酶活為8 400 μg木糖/g·h。
（2）試驗研究結果表明，添加0.005%、0.010%和0.020%的活性添加劑，產氣量比不加添加劑分別增加7.18%、16.29%、17.81%，說明沼氣發酵活性添加劑對提高產沼氣量有促進作用。
4 參考文獻
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【關鍵詞】 纖維素酶；生物學研究；生物學應用進展
doi：10.3969/j.issn.1004—7484（x）.2012.10.659 文章編號：1004—7484（2012）—10—4174—02
纖維素酶由多種水解酶組成，既能在大自然中合成，也是我國四大工業酶種工業合成的重要組成部分，它是一種可再生的、可持續發展的酶，它的主要作用就是催化纖維素轉化成葡萄糖，纖維素酶普遍存在于大自然中，很多真菌能夠分泌，纖維素酶多年來也廣泛的應用于我國的食品工業、制酒工業以及紡織工業中，對我國發展具有極大的促進作用。近年來，隨著生物工程的發展，對于纖維素酶分離純化、克隆以及其結構的研究已經成為人們研究的熱點以及要解決的難點問題。本文主要分析了纖維素酶組分、基因結構、克隆及表達、作用機理、纖維素酶生活中應用以及進展研究。
1 纖維素酶組分
竇全林1等對于不同真菌產生的纖維素酶性質以及種類做了研究，狹義上一般分成纖維二糖水解酶、內切葡聚糖酶以及β葡糖苷酶，內切葡聚糖酶是最初破壞纖維素鏈并且起作用的酶，纖維二糖水解酶經內切葡聚糖酶激活之后的酶，β葡糖苷酶可以分解纖維二糖，使之成為葡萄糖。通過三種酶的共同作用，能夠成功時的纖維素分解，變成葡萄糖，三者稱為完全纖維素酶系。
2 纖維素酶基因結構
真菌編碼纖維素酶的基因主要在染色體上面，并且隨機分布，形成基因簇，各具備自己的轉錄以及調節相應的單位，轉錄單位叫做轉錄終止子，但是目前纖維素酶基因結構上的主要啟動因子還不是很明了，值得進行進一步研究。
3 纖維素酶克隆及表達
陳小堅等對纖維素酶克隆及表達進行了研究，纖維素酶克隆及表達主要包括獲得高產菌株以及基因、選擇宿主、構建表達載體、進行轉化等四大階段。首先是獲得高產菌株以及基因，對微生物進行篩選，選出高產菌株，實施誘變措施進行誘變，然后是獲得基因，如果已知基因序列的情況下，可以從基因組中調出，未知的情況下，可以從自然界中進行微生物分離以及培養，選擇基因進行克隆。其次，真菌是比較好的表達宿主，可以達到分泌蛋白量，進行乙酰化以及糖基化，獲得纖維素酶的正確表達，獲得很高的蛋白產量。再者是構建表達載體，對篩選方式、轉化以及表達的方式以及載體進行構建，爭取能夠啟動強啟動子，實現基因轉錄，提高啟動子效率，表達目標蛋白，提高目標蛋白產量。最后是進行轉化，主要的轉化方式有氯化鋰、原生質以及農桿菌等轉化方式，有效提高轉化率。
4 纖維素酶作用機理
陳燕勤2等對纖維素酶作用機理進行了探討，在1954年，GiIIigan等學者提出了纖維素酶能夠有效的促進纖維素酶的分解的觀點，并且復合分解的效果大于單獨分解的效果。此后年間，更過的學者對于這種作用進行了證明，證明方法包括電子顯微鏡以及多種菌種的纖維素酶的應用。隨后，Faterstam等發現，纖維二糖水解酶的分解作用是一般的單組酶的兩倍之多，并且分解的時候，與內切葡聚糖酶具有協同的作用，隨后更多的學者證明了這種理論，目前，專家以及學者們對于這種協同作用理論也大多呈認可或者不反對狀態，具體還要做進一步研究。
5 纖維素酶生活中應用
李燕紅3等已經對目前纖維素酶生活中應用做了一個比較系統的研究，從1995到2005年，2005年工業上酶使用已經為1995年的三倍，主要來源為美國以及日本，這兩個國家是纖維素酶應用的兩大巨頭，目前纖維素酶以及被廣泛的應用于我國的制酒、紡織、飼料以及食品業中，并且對于我國工業起到了極大的推動作用，首先在食品工業中，一方面，主要是進行橄欖油以及果蔬汁的榨取，去除掉果汁以及蔬菜汁的沉淀物，促進谷物水分吸收，去除豆子中的豆衣，實現谷物蛋白以及淀粉的成功分離等。另一方面，纖維素酶可以用于提取纖維寡糖等可溶性糖，脫離細胞壁，取出有用的蛋白等。
其次在制酒工業中，主要有力于葡萄酒以及啤酒的制造，利用纖維素酶，能夠促進水解制酒過程中葡萄汁以及大麥汁，有效的分解沉淀物，提高過濾的效率，增加酒香，提高釀酒的效率，促進釀酒業的發展。
再者是在紡織行業中，紡織行業纖維素酶的應用仍然屬于比較新興的應用，主要用于拋光以及打磨兩個階段，日常應用范圍也比較廣，主要是能夠有效的取出衣物表面存在的碎纖維，方便家庭日常的洗滌工作，通過拋光以及打磨兩個階段，提高衣物光澤。
最后是飼料行業。這個行業我我國農業的基礎，是保證滿足16億人口大國溫飽的關鍵環節，而纖維素酶又是其中的重點問題，纖維素酶加入到飼料當中，能夠起到很好的補充作用，增強動物體能，防止動物反芻事件發生。除此以外，還能通過應用在纖維素物質如去掉谷物殼等中，有效提高動物消化的效率，并且分泌相應的物質，促進動物體內的粗糙糧食得到消化以及吸收。
當前，無論是能源問題還是食品問題都是建設中要解決的重點以及難點問題，纖維素酶作為一種生物工程主要建設工業酶，其成功的提取以及應用，對于保證我國解決能源以及食品問題，促進我國農業發展有著空前意義，纖維素酶憑借其價格以及成本低廉、應用廣泛、使用方便等特點，已經成為人們關注的熱點話題之一，只有加強對纖維素酶組分、基因結構、克隆及表達、作用機理、纖維素酶生活中應用以及進展進行研究，才能使得各環節出現的問題得到很好的改善，促進各個環節的完善，使得纖維素酶克隆及表達順利，實現成功的合成，并且利用纖維素酶，為我國的農業、紡織業、制酒業以及飼料行業做出貢獻，隨著發展的深入，擴展纖維素酶使用的范圍，促進纖維素酶的發展，使其使用范圍深入到我們生活的各個方面，為我們生活做出貢獻。
參考文獻
[1] 竇全林，陳剛.纖維素酶的研究進展及應用前景.畜牧與飼料科學，2006，27（5）：57—61.
關鍵詞：園林廢棄物；纖維素；降解；鑒定
園林廢棄物包括落葉、枯枝等，是城市園林綠化過程中常見的生物質廢物，其主要成分是纖維素。為提高園林廢棄物利用效率，分離和篩選具有高效纖維素降解能力的降解菌株具有重要意義。目前，國內外關于纖維素降解的研究很多，包括單一高效菌株的篩選、鑒定及改造[1]，菌種的產酶性能、作用機理及應用效果[2-7]，復合菌株的研究等[8-9]。例如，張夢君等[1]從高海拔的植物根際土壤中篩選具有高效降解纖維素能力的低溫真菌，得到可在低溫條件下生長且有較強降解能力的菌株；趙鈺[2]從腐殖土中篩選出具有降解纖維素酶能力的放線菌，測定其酶活及其影響因素；孟建宇等[9]對酶活性高的菌株構建復合系，測定其濾紙降解能力，發現復合菌的降解能力是單菌株的5~10倍。因此，本研究的主要目的是篩選并獲得高效園林廢棄物降解菌株，并在此基礎上與同類降解菌進行比較分析，可為進一步開展高效園林廢棄物降解菌種制備提供基礎和技術支持。
1材料與方法
1.1試驗材料
1.1.1樣本。對園林廢棄物堆積的腐殖土壤（0~20cm土樣）及腐爛的樹葉進行取樣，作為供試樣本。1.1.2培養基與試劑。沙氏培養基配方為蛋白胨10g、葡萄糖40g、瓊脂15.0g、氯霉素0.1g、蒸餾水1000mL；LB培養基配方為瓊脂20g、胰蛋白胨10g、酵母粉5g、NaCl5g、蒸餾水1000mL；CMC-Na培養基配方為CMC-Na15.0g、酵母粉5.0g、KH2PO41.0g、瓊脂2.0g、MgSO40.5g、NaCl5.0g、蛋白胨10.0g、蒸餾水1000mL，調節pH值至7.2；產酶培養基配方為CMC-Na15.0g、酵母粉5.0g、KH2PO42.0g、蒸餾水1000mL，調節pH值至7.0。培養基均為121℃滅菌25min后使用。試劑包括二硝基水楊酸（DNS試劑）、剛果紅染色劑等。試驗所用試劑均為分析純。1.1.3主要儀器設備。試驗儀器包括恒溫振蕩培養箱（上海智城分析儀器制造公司）、珠江牌培養箱（韶關市泰宏醫療器械有限公司）、立式高壓蒸汽滅菌鍋（上海申安醫療器械廠）、超凈工作臺（上海智城分析儀器制造公司）、高速冷凍離心機（鉑金埃爾默企業管理上海有限公司）、酶標儀（鉑金埃爾默企業管理上海有限公司）、旋渦混合器（海門市其林貝爾儀器制造有限公司）。
1.2試驗方法
1.2.1園林廢棄物降解菌的分離與篩選。（1）菌株分離。將采集的土樣、腐爛落葉置于無菌水中，振蕩均勻，稀釋成一系列不同稀釋度，取10-3、10-4、10-5、10-6稀釋液100μL，分別涂布于沙氏培養基和LB培養基，每個梯度重復2次。LB培養基置于37℃培養24h，沙氏培養基置于28℃培養72h。待長出菌落后，挑選單菌落接種于CMC-Na培養基上進行初步分離，CMC-Na培養基上分離得到纖維素降解菌株55株，將細菌編號為1~40號、真菌編號為41~55號。細菌、真菌分別于37℃和28℃培養48h。（2）菌株篩選。菌株初篩采用剛果紅染色法，用1mg/mL剛果紅染液染色1h，棄去染液，加入1mol/LNaCl溶液脫色1h。纖維素降解菌的位置會形成透明圈，選出具有水解圈的菌株共計15株。復篩采用產酶培養菌液，然后分別測定菌液內切型-β-葡聚糖酶活力（CMC酶活）、外切型-β-葡聚糖酶活。（3）CMC酶活的測定。以1%羧甲基纖維素鈉溶液作為底物，測試組選取1%羧甲基纖維素鈉1mL加入pH值=4.5的檸檬酸緩沖液0.5mL、粗酶液0.5mL，于50℃水浴鍋中反應30min。中止反應后，加入DNS試劑1.5mL，將各管搖勻，沸水浴5min，取出。待冷卻至室溫后，定容至20mL，加塞，顛倒混勻，并測量其在540nm下的OD值。空白組不進行50℃水浴，先加DNS以鈍化酶活，其他操作都與測試組相同。以每分鐘生成相當于1μg的葡萄糖為1個酶活單位。（4）外切型-β-葡聚糖酶活力的測定。在試管中加入1%微晶纖維素底物溶液和緩沖液0.5mL，再加入酶液0.5mL，于50℃水浴鍋中反應30min。中止反應后，與CMC酶的處理方式相同，在540nm下測定其OD值。空白組不進行50℃水浴，先加DNS用于鈍化酶活，其他操作都與對照組相同。以每分鐘生成相當于1μg的葡萄糖為1個酶活力單位。1.2.2纖維素降解菌鑒定。纖維素分解菌14、20、28、29、30、38號等菌株16SrDNA序列及系統發育分析。利用DNA提取試劑盒（OmegaSoilDNAKit）提取菌株基因組DNA，并以此DNA為模板，分別利用16SrDNA通用引物27F（5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′）、1492R（5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′）、ITS3（5′-GCATCGATGAAGAACGCAGC-3′）和ITS4（5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′）進行PCR擴增。PCR的反應體系為用量50μL，DNA模板1μL，10×Tagbuffer5.0μL，上、下游引物各1μL，dNTP1μL，Taq酶1μL，無菌去離子水40μL。反應程序為94℃預變性5min，94℃變性30s，52℃退火30s，72℃延展1min，72℃再次延展8min，共30個循環。取PCR產物5μL在1.5%瓊脂凝膠上進行電泳檢測，然后送至賽默飛世爾公司進行測序。將得到的序列在NCBI中進行Blast比對，并在GenBank數據庫中獲取相似性較高的16SrDNA序列，然后利用MEGA7.0版本軟件進行聚類分析，構建系統發育樹，進行同源性分析。
2結果與分析
2.1纖維素降解菌的篩選
2.1.1初篩。從降解菌菌株的剛果紅染色結果（表1）看出：水解圈直徑較大的為52號和4號菌株，形成的水解圈直徑分別達到36.00mm和48.00mm；水解圈與菌落大小（直徑）比值較大的為20號、39號菌株，比值大小分別為7.00和6.00。對水解圈比值較大的10株菌株進行復篩。2.1.2復篩。測定上述10株菌株（4號、14號、20號、28號、29號、30號、31號、38號、39號、51號）的粗酶液酶活，并進行復篩。CMC酶活和外切型-β-葡聚糖酶活測定結果見圖1。由圖1可知，這10株纖維素降解菌株中CMC酶活最大的為51號菌株（48.8U/mL），其次為4號菌株（40.1U/mL）、39號菌株（38.2U/mL）、31號菌株（37.7U/mL）、14號菌株（34.5U/mL）。外切型-β-葡聚糖酶活最大的是51號菌株（6.6U/mL），其次是28號菌株（6.2U/mL）、4號菌株（6.0U/mL）、20號菌株（5.2U/mL）。
2.2菌株的鑒定
提取4號、14號、20號、28號、29號、30號、31號、38號、39號、51號共10株菌株的總DNA，成功提取6株菌株的DNA。利用16SrDNA通用引物擴增后外送測序，最終成功獲得4株菌株拼接序列，即14號、20號、29號和30號菌株。對各菌株及其相近序列進行建樹，結果見圖2。由圖2可知，系統發育樹的各節點自展值高于70，該系統發育樹可信。14號菌、29號菌與假蕈狀芽孢桿菌（ACMV01000212）聚為一支，且可信度達到100%，初步可斷定14號、29號菌株為芽孢桿菌屬（Bacillusspp.）。20號菌株與假單胞菌（LT718459）、蒙特氏假單胞菌（NR114224）聚為一支，可信度達到79%，可將20號菌株初步歸為假單胞菌屬（Pseudomonassp.）。30號菌株與3株泛菌（NR118857、KJ427829、MG450362）聚為一大支，與其中的泛菌（MG450362）聚為一小支，可信度達100%，30號菌株可初步判定為泛菌屬（Pantoeasp.）。
3結論與討論
【摘要】
目的研究黃姜皂素清潔生產工藝。方法采用預發酵法、分離法、酶解法、預發酵-黑曲霉發酵法、雙分離法等提取黃姜皂素。結果雙分離法的纖維素的平均得率為46.36%，淀粉的平均得率為32.75%，黃姜皂素的平均得率為預發酵法的86.47％，但酸用量為預發酵法的8.33%。結論雙分離法為黃姜皂素清潔生產工藝，資源利用程度高，且生產周期縮短。
【關鍵詞】 黃姜； 皂素； 淀粉； 纖維素； 清潔生產
Abstract：ObjectiveTo study the clean production technology of diosgenin. MethodsThe diosgenin was extracted by prefermentation，separation， enzymic hydrolysis， prefermentation and fermentation by A.niger and double-separation.ResultsThe average yield rate of cellulose and starch were 46.36% and 32.75% by double-separation，respectively. The average yield rate of diosgenin of double-separation was 86.47% of that of pre-fermentation， but acid utilizing of the former was only 8.33% of that of the latter.ConclusionThe double-separation is clean production technology of diosgenin. The utilization rate of yam increases. Furthermore， the period of this process is greatly shorter than pre-fermentation.
Key words：Yam； Diosgenin； Starch； Cellulose； Clean production
皂素又名皂苷元，難溶于水，易溶于苯、氯仿等有機溶劑，是一種重要的甾體激素藥物合成原料，主要用于腦體激素類藥物的合成，如黃體酮、抗多靈、口服避孕藥等藥物合成原料，在醫藥生產中具有十分重要的應用價值，有“藥用黃金”的美稱［1］。目前工業上生產黃姜皂素一般先經自然發酵，再進行酸水解和溶劑浸提，該法使占原料重量約45%～50％的淀粉基本未加利用［2］，且經過酸水解后產生的大量廢水給環境造成很大的污染。本研究比較了7種黃姜皂素的生產工藝，確定了黃姜皂素清潔生產工藝，為黃姜的綜合利用及黃姜皂素生產造成的環境污染的解決奠定一定的實驗基礎。
1 材料與方法
1.1 材料黃姜由咸陽綠世紀公司提供。黑曲霉菌種由實驗室提供。石油醚（30～60℃）、鹽酸。
1.2 方法
1.2.1 預發酵法提取黃姜皂素工藝流程： 鮮黃姜 選擇、清洗 粉碎 預發酵 酸水解 中和 減壓抽濾、洗滌 干燥 提取 干燥 石油醚沖洗 皂素
1.2.2 分離法提取黃姜皂素［3］
1.2.3 酶解法提取黃姜皂素［4］工藝流程： 鮮黃姜 選擇、清洗 粉碎 酶解發酵 抽濾 酸水解 中和 減壓抽濾、洗滌 干燥 提取 干燥 石油醚沖洗 皂素
1.2.4 預發酵-黑曲霉發酵法提取黃姜皂素［5］工藝流程： 鮮黃姜 選擇、清洗 粉碎 預發酵 黑曲霉發酵 抽濾 酸水解 中和 減壓抽濾、洗滌 干燥 提取 干燥 石油醚沖洗 皂素
1.2.5 酶解-黑曲霉發酵法提取黃姜皂素工藝流程： 鮮黃姜 選擇、清洗 粉碎 酶解發酵 高壓滅菌 黑曲霉發酵 抽濾 酸水解 中和 減壓抽濾、洗滌 干燥 提取 干燥 石油醚沖洗 皂素
1.2.6 雙分離法提取黃姜皂素
工藝要點說明：① 將粉碎過的黃姜料液用120目濾布擠壓過濾，并沖洗纖維渣至濾液無色，使渣漿分離，靜置漿液4 h。此時，可觀察到該漿液分3 層，上層清液，中間一層為懸濁液，下層為淀粉沉淀。收集淀粉沉淀，用清水沖洗1～2遍，干燥，稱重，并干燥纖維渣，稱重。② 在3 000 r/min以上的離心速度離心懸濁液10～15 min，收集沉淀。
1.2.7 雙分離-懸濁液預發酵法
2 結果
2.1 黃姜各組分皂素含量情況將纖維素渣、淀粉、懸濁液分別酸水解，再提取。結果見表1。
表1 雙分離法提取黃姜皂素（略）
由表1可知，淀粉層、纖維素及上清液中沒有提取出皂素，可知皂素全部集中在懸濁液中，提取皂素只需加工處理懸濁液即可。
2.2 7種工藝的比較將7種工藝在淀粉得率，纖維素得率，用酸量及皂素得率等方面進行比較，結果見表2。
由表2可知，雙分離法和雙分離－預發酵法的淀粉得率分別為32.75％和30.81％，而分離法的淀粉僅為9.36％；雙分離法和雙分離－預發酵法的纖維素得率分別為46.36％和33.56％，其余工藝都沒有得到副產物淀粉和纖維素，沒有綜合利用黃姜，雙分離法的皂素得率為86.47％，而雙分離－預發酵法的皂素得率僅為60.81％，可見從資源的綜合利用、皂素得率及用酸量比較可知，雙分離法為最佳清潔生成工藝。
表2 7種工藝的比較結果（略）
2.2.1 不同工藝相對用酸量的比較見圖1。
由圖1可明顯看出，在7種工藝中，雙分離法及雙分離-預發酵法的酸用量最低，均為預發酵法的8.3％，而分離法所需酸量最大，為預發酵法的133％，其余幾種工藝用酸量和預發酵法相同。
2.2.2 不同工藝皂素得率的比較見圖2。
圖1 不同工藝相對酸用量的比較（略）
圖2 不同工藝黃姜皂素相對得率的比較（略）
由圖2可知，預發酵-黑曲霉發酵法的皂素得率很高，但其酸用量不能減少，不能實現清潔生產的目的，且生產周期長。分離法、酶解法、酶解-黑曲霉發酵法等法的得率都比雙分離法略高，但都沒有減少用酸量。雙分離法得率為預發酵的86.47％，但酸用量僅為預發酵的8.33％，且不需要預發酵，可縮短生產周期，另外可得到大量的淀粉和纖維素，基本實現了黃姜的綜合利用及清潔生產。
3 結論
通過對7種工藝的比較，綜合考慮各工藝的酸用量、淀粉得率、纖維素得率以及皂素得率等方面，確定雙分離法為最優工藝。
雙分離-酸水解法的工藝條件：將粉碎的黃姜過120目篩分離纖維素，濾液靜置沉淀4h分離淀粉，再將分離淀粉后的懸濁液離心(3 000 r/min，10 min)取沉淀物，沉淀物酸水解4 h(1 mol/L鹽酸，121℃)，水解物經減壓抽濾沖洗至中性后用石油醚(沸程30～60℃)索氏抽提6 h(回流速度為7～8 min/次)，抽提物用回收的石油醚沖洗至白色，干燥得成品。
雙分離法的皂素得率為預發酵的86.47％，纖維素的平均得率為46.36%，淀粉的平均得率32.75%，但酸用量僅為預發酵法的8.3%，且不需要預發酵，可縮短生產周期，基本實現了清潔生產的目的。
參考文獻
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關鍵詞：香菇多糖；纖維素酶；超聲波；苯酚-硫酸法
中圖分類號：R284 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160230002
香菇（Lentinus edodes）屬擔子菌綱，傘菌目，側耳科，香菇屬植物。香菇在世界范圍內被廣泛種植，占全世界蘑菇種樹總產量的25%，也是世界上第2大流行的食用菌。香菇原產于中國，因其口味鮮美、營養豐富，并兼具藥用價值，較其他菇類具有明顯優勢[1]。
據分析，每100g鮮香菇中，含有粗蛋白13g，遠超一般植物性食品中蛋白質的含量；含鈣124mg，磷416mg，鐵252mg，還含有豐富的碳水化合物、維生素B1、B2、C等。因此，香菇一直享有“菌類皇后”“抗癌食品”等美譽[2]。
多糖是廣泛存在于自然界的一類大分子物質，近十幾年來的研究表明，香菇多糖是香菇中重要的有效藥用成分，具有抗病毒、抗腫瘤、抗輻射、抗衰老等生物活。雖然香菇多糖的研究雖然起步較晚，但傳統的水提醇沉法、稀堿浸提法、稀酸浸提法和酶法等，近幾年隨著超濾法、微波輔助浸提法、超聲波輔助浸提法、酶復合浸提法等新方法、新工藝的不斷出現，香菇多糖提取率和純度不斷提高，新的功能也被相繼發現[3]。本文采用纖維素酶輔助超聲波提取香菇多糖，以期得到1種提取率高、純度高的提取方法。
1 材料與方法
1.1 材料與設備
香菇購于江蘇淮安三河農場；纖維素酶、胰蛋白酶（活力不低于3IU/g、5IU/g），購于上海國藥集團；其余試劑均為分析純。
紫外可見分光光度計，日立UV-3800；超聲波清洗劑，濟寧市魯超儀器有限公司；電子天平，德國SR公司；干燥箱，上海市實驗儀器公司；電子恒溫水浴鍋，天津泰斯特儀器公司；糧優粉碎機，浙江糧機有限公司。
1.2 方法
1.2.1 香菇多糖的提取
將香菇干燥至恒重后，粉碎過60目篩，稱取粉末20g，加入蒸餾水500mL后，再加入0.5g的纖維素酶，在42℃恒溫水浴鍋內水解90min。將水解液分別過不同功率、不同時間、不同溫度和不同pH值下的超聲波條件下進行香菇多糖的浸提。然后在浸提液中加入0.5%的胰蛋白酶，在42℃恒溫水域下除蛋白15min，接著采用真空抽濾，浸提液冷卻至室溫后，采用3000r/min的速度離心15min，取上清液，采用sevag試劑法進行脫蛋白，加入3倍體積的無水乙醇后，置于4℃條件下冷藏10h，再次離心，得到沉淀放入烘箱，在60℃下烘干至恒重。
1.2.2 正交實驗設計
選擇超聲波處理功率、處理時間、處理溫度和pH值作為正交實驗的實驗因素，選取L9（34）正交表探討纖維素酶輔助超聲波法提取香菇多糖的最佳工藝參數，具體因素水平表如表1所示。
1.3 香菇多糖的測定
本實驗以葡萄糖為標準，用苯酚-硫酸法測定總糖含量，用DNS法測定還原糖總量[4]。多糖含量=總糖-還原糖。其中，香菇粗多糖提取率計算公式為：多糖提取率（%）=m/M×100%，m為所提多糖質量（g），M為預處理后的香菇粉末質量（g）。
2 結果與分析
正交實驗結果如表2所示。結果表明，超聲波的功率（A）以及提取溫度（C）對多糖的提取率具有顯著性的影響，而超聲時間（B）和提取pH值（D）則表現為非重要影響因素。由結果可以得出，4種因素對香菇多糖提取的影響為A>C>D>B，而香菇多糖最佳提取工藝為A2B1C2D3，此時的提取率為15.43%
3 結 論
采用纖維素酶輔助超聲波提取香菇多糖，相比傳統的熱水和有機溶劑浸提法，可有效提高多糖的提取率。之所以能夠獲得較高的提取率，可能的原因一之是采用了超聲波處理技術，超聲波的空化作用可以使得香菇細胞壁破裂，促進香菇中多糖成分的有效溶出，而超聲波的次級作用，如乳化、擊碎、化學效應、機械振動等，也都能加速多糖成分的擴散和釋放，有利于進一步的提取[5]；另一個可能原因就是纖維素酶的水解作用，可將香菇細胞壁進行破壞，從而使多糖分析易于從細胞中擴散溶出。
因此，通過0.1%的纖維素酶的水解作用之后，采用300W的超聲波處理功率，在70℃和pH為5.5的條件下提取30min，可以得到較高的香菇多糖提取率，有利于香菇保健產品的研究開發。
參考文獻
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關鍵詞：纖維素；光合作用；葡萄糖；纖維素降解
中圖分類號：G632 文獻標識碼： C 文章編號：1672-1578（2014）6-0260-01
1838年法國農業學家佩因（A. Payen）從植物中提取某種化合物時分離出一種物質，由于該物質是在破壞細胞組織后得到的，并且幾乎在所有植物體內都存在，因此，佩因把它用cell（細胞）和lose（遭受破壞）合成了一個新名詞，稱為“cellulose”，意思是細胞“破裂”后的產物[1]。
地球上，植物通過光合作用，每年產生約1000億噸纖維
素[2]，是地球上最重要的資源之一，將在后石油時揮更大的作用，將是一切化學工業的基礎原料。
纖維素主要存在于棉花、樹木、苧麻、亞麻、竹、草和花中，是植物細胞壁的主要組成部分，這些植物通過光合作用將空氣中的二氧化碳和水轉化為纖維素，其主要化學反應過程為[3]：
CO2+H2OCH2O+O2（反應條件：光能和葉綠體）
6H2O + 6CO2+陽光C6H12O6（葡萄糖）+6O2（與葉綠素產生化學作用）
H2O2H+2e-+1/2O2（水的光解）
NADP+ +2e-+H+NADPH（遞氫）
ADP+Pi+能量ATP（遞能）
CO2+C5化合物2C3化合物（二氧化碳的固定）
2C3化合物+4NADPHC3糖（有機物的生成或稱為C3的還原）
C3（一部分）C5化合物（C3再生C5）
C3（一部分）儲能物質（如葡萄糖、蔗糖、淀粉，有的還生成脂肪）
因此，植物合成纖維素的同時，還伴隨合成木質素、半纖維素和淀粉等，不能產生純纖維素。
事實上，除了植物外，動物界也產生纖維素，如被囊綱（Tunicata class）內有些海洋生物的外膜中就有動物纖維素（tunicin）。還有某些微生物也產生纖維素，如醋酸桿菌屬、無色桿菌屬（Achromobacter）、根瘤桿菌屬（Rhizobium）、產堿菌屬
（Alcaligenes）、八疊球菌屬（Sarcina）、土壤桿菌屬（Agrobacterium）、氣桿菌屬（Aerobacter）、固氮菌屬（Azotobacter）和假單胞菌屬（Pseudomounas），都能產生纖維素[4]，而且微生物合成的纖維素中99%是纖維素，基本上沒有半纖維素和木質素。
這些微生物合成纖維素主要經歷4個酶促反應步驟：（1）在葡萄糖激酶的作用下將葡萄糖轉化為6-磷酸葡萄糖；（2）在變位酶作用下將6-磷酸葡萄糖通過變位作用轉化為1-磷酸葡萄糖；（3）在焦磷酸化酶（UDPG）的作用下將1-磷酸葡萄糖轉化為尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-Glc）；（4）由纖維素合成酶將UDP-Glc合成為β-1，4-葡萄糖苷鏈，再裝配形成纖維素[5]。
纖維素酶不僅能合成纖維素，在不同的生物環境下，也能分解纖維素。能產生纖維素酶的微生物可以將稻草、秸稈等植物經過初級水解和次級水解，把纖維素長分子鏈截斷為小分子多糖，進一步分解為葡萄糖，供人類和動物食用后，代謝出水和二氧化碳，而這些水和二氧化碳正是植物光合作用的原料，在植物體內轉化為葡糖糖和纖維素，整個循環如圖1所示。
從圖1上可以看出，植物利用太陽能將二氧化碳和水合成葡萄糖，是整個循環的關鍵，而太陽能才是地球上取之不盡、用之不竭的能源，其他諸如石油、天然氣、煤炭等資源，按照人類當前消費速度，不出二百年，這些資源將枯萎甚至消失，太陽能是人類最可靠的能源，通過植物光合作用將太陽能固定，纖維素是主要的載體。因此，我們從中學階段教育學生，要愛護植物，保護自然環境，通過植物實現地球上二氧化碳的循環，避免溫室效應給地球帶來的災難，實現人類可持續發展。
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[3]周云龍主編.植物生物學（第三版）[M].高等教育出版社，北京，2011.
酶是自然界動植物、部分有機體內產生的一類大型蛋白質，具有專一、高效和多樣性的特點，可降解部分特定的高分子，作為生物催化劑加快反應速度。20年來，酶制劑在制漿造紙工業中的應用有了很大的發展，尤其在生物制漿中減少蒸煮化學品的用量、生物漂白過程中減少漂劑的用量、生物酶促打漿節能減排技術、酶法廢紙脫墨性能的改善、紙漿的酶法改性、制漿造紙廢液生物處理、利用生物酶改進紙漿的濾水性、紙漿中樹脂控制、用生物手段控制腐漿等諸多方面。
1酶制劑在制漿造紙工業中的應用
1.1酶在生物制漿方面的應用
生物制漿主要包括化學法制漿和機械法制漿。生物化學法制漿是指通過生物方法對木片進行預處理，以減輕木片成漿的蒸解度，減少蒸煮化學藥品的用量，降低堿回收強度、減少漂白化學藥品用量，以及降低漂白廢液的污染負荷等。當今，生物化學制漿的研究已發展到中試和工業化規模，而且預處理方法從菌的預處理轉向采用酶進行預處理，這是因為菌不如其產生的酶穩定和對環境的適應性好。經過酶制劑處理的植物纖維原料，再經過化學法處理和蒸煮后，纖維的質量有一定的改善和提高。白延坤等〔3〕研究光葉褚白皮機械生物法制漿的結果表明，和對照漿相比，纖維素的脫除率略高，果膠脫除率略低、木素脫除率較高、戊聚糖得到保留更多，而且成漿周期明顯縮短。陳嘉川等首先用聚木糖酶預處理麥草，在相同的工藝條件下對常規化學法制漿和酶法化學制漿進行比較實驗得出:聚木糖酶的預處理明顯提高麥草的脫木素程度，紙漿的卡伯值降低兩個單位，蒸煮的用堿量減少，紙漿得率有所提高。與常規的化學法制麥草漿相比，酶制劑處理的化學麥草漿的物理強度和光學性能都有明顯改善。因此，聚木糖酶預處理可以改善原料的制漿性能、減少能耗。
當今，生物法機械漿是國內外制漿造紙科研人員研究的重點和熱點。生物法機械漿是在磨漿前用微生物菌如白腐菌對木片進行預處理，或者用酶制劑對木片進行預處理，以降低樹脂的含量，節約磨漿能耗，減輕環境污染，改善紙漿的成紙強度。現己表明，對預處理后的木片進行磨漿可節省10%一30%的動力，而且紙漿的強度有所提高。在機械磨漿前用真菌或酶處理楊木片，與未經生物預處理的機械法制漿相比，電能節約20%一40%，耐破指數由o.92kPa•m飛上升到2.05kpa.m飛，撕裂指數由2.03IllN•耐g上升到4.53mN•耐g、抗張指數由29.5N•耐g上升為52.8N•而g〔6一7〕。經過生物酶預處理的火炬松木片機械漿和未經處理的相比，除了抗張指數略微降低外，其他成紙的物理指標與楊木相似。實驗研究還表明，預處理的最適宜條件是木片處理時要有充足的菌或酶、處理時間和適合的處理條件。上述的生物制漿法雖然針對木材原料進行研究，但對其他造紙原料的生物法機械漿制備也同樣有效。
1.2生物酶制劑在生物漂白技術方面的應用
生物漂白是利用微生物菌或酶制劑與紙漿中的某些成分作用，然后進行脫木素或使其有利于脫木素，從而改善紙漿可漂性，提高紙漿白度的過程。生物漂白可節省化學漂劑，改善紙漿性能，減少漂白污染。
目前，用于紙漿漂白的酶制劑主要有兩大類:半纖維素酶和木素降解酶。半纖維素酶是指聚木糖酶和聚甘露糖酶;木素降解酶主要包括漆酶、過氧化物酶和錳過氧化物酶。20世紀80年代，制漿造紙工作者對聚木糖酶輔助漂白進行了廣泛而深入的研究，并取得大量的研究成果:無論是闊葉木漿、針葉木漿、竹漿、草漿，還是硫酸鹽漿、其他化學漿和化學機械漿，無論是與傳統的有氯漂白，還是與先進的無氯漂白相結合，聚木糖酶的助漂作用都能促進漿中殘余木素的降解，進一步提高木素的脫除程度、漂后紙漿的白度和穩定性，同時減少后續漂白段漂劑的用量，從而減輕紙漿漂白對環境的污染。
對于聚木糖酶漂白機理探索和研究，國內外制漿造紙工作者進行了大量的探索和實驗，目前尚未得到明確的理論。但普遍認為的助漂理論有以下幾點:第一，聚木糖酶破壞了聚木糖的連接鍵，使LCC鍵斷裂，漂白化學試劑到達紙漿纖維的可及度提高，利于木素的脫除;第二，蒸煮后期蒸煮堿液濃度降低引起聚木糖的二次沉淀，這些聚木糖阻礙了漂白化學試劑對紙漿中殘余木素的作用，而聚木糖酶能使這些聚木糖水解或部分水解，使漂白化學試劑更易脫去殘余木素，紙漿的漂白得以實現;第三，聚木糖酶還會降解紙漿中的一少部分半纖維素，使纖維細胞壁變得疏松，木素更容易脫除;第四，聚木糖酶能去除蒸煮中產生的己烯糖醛酸聚木糖衍生物[8]，進一步改善紙漿的漂白性能。
用于生物漂白的聚木糖酶，要求有很強的耐堿耐高溫性，可利用蛋白質工程和基因工程方法和手段獲取耐堿耐熱性能優良的聚木糖酶，這是目前制漿造紙酶制劑研究的熱點，相信將來重組酶會更有效地應用于漂白工藝中去。漆酶能氧化非酚型的木素模型化合物〔9]，因而吸引了眾多專家學者研究其對紙漿的助漂白作用。漆酶介體系統(laccase一mediator一system，LMS)在一定條件下對紙漿進行適當時間的處理，能使紙漿卡伯值大幅下降。錳過氧化物酶漂白需要在添加劑存在的情況下才能實現助漂性能，雖然其助漂效果良好，但因為酶添加劑的價格昂貴，較難實現商業化。表1是多種酶在紙漿漂白中的應用情況。
1.3酶制劑在酶促打漿和節能減排方面的應用
酶促打漿的概念是用高活性的纖維素酶以及半纖維素酶在打漿前對紙漿進行預處理，目的使纖維表面松弛和活化，進而促進纖維的吸水潤脹，提高細纖維化和微細纖維化的程度。在后面的磨漿機械作用下，纖維被切斷或分絲帚化，單根纖維的比表面積和多根纖維分子之間的鍵合力增強，抄成的紙張各項物理指標有所提高匯‘創，同時打漿能耗降低。
酶促打漿，是把酶制劑以溶液的形式添加到漿料中去，組成漿料和酶的非均相體系。在酶制劑處理初期，纖維表面的半纖維素部分被酶分解，纖維表面吸水潤脹的程度明顯提高，同時纖維表面的滲透性增強，因而酶分子更容易滲透并擴散到纖維的內部，微細纖維間的半纖維素被酶制劑降解，它們相互間的作用力減弱。然后，生物酶開始進攻纖維素的P層，51層的結構有所松弛，細小纖維間產生相對滑動，由于半纖維素酶制劑能破壞木素一碳水化合物復合體(LCC)之間的連接鍵，生物酶制劑進入次生壁的通道被打開，纖維素酶作用于纖維表面產生一定的剝離反應，把51層和P層去除，把S:層更好地出來但使其不受損傷，并加快了細纖維化，保持紙漿強度性能良好的情況下，改善打漿性能，節約打漿能耗。
表2是酶促磨漿的主要研究結果，從1968年Yerkes利用纖維素酶(來自白腐香栓菌)研究化學漿和棉短絨的磨漿能耗到現在的復合酶制劑用于降低磨漿能耗的研究，經歷了40多年的時間，并取得了一系列的成績。利用酶制劑對磨前紙漿進行處理，無論是針葉木還是闊葉木的化學漿或者機械漿，都可降低10%一40%的能耗。當今，具備更好反應和控制能力的制漿造紙專用酶制劑得以廣泛應用，但對新酶種的識別和它們潛在的價值仍然制約著酶制劑在制漿造紙工業中的工業化和商業化。
1.4酶制劑在廢紙脫墨中的應用
酶法脫墨是一種經濟有效的脫墨方法，它能減輕或解決化學脫墨帶來的一系列環境污染問題，降低漂白化學藥品的用量、改善漿料的濾水性能等。當今，廢紙脫墨的酶制劑主要有纖維素酶、聚木糖酶、漆酶、果膠酶、脂肪酶、酷酶、淀粉酶等。纖維素酶、半纖維素酶和素木降解酶主要是通過改變纖維表面或附近的連接鍵，從而使油墨與纖維分離，借助洗滌或浮選的方法將油墨去除;而脂肪酶、酉旨酶等則是利用酶制劑直接攻擊油墨，以降解油墨中的油性連接料，碎解油墨，使其與纖維分離，從而實現廢紙脫墨目的。
廢紙漿中的植物纖維、油墨、淀粉和其他添加劑，大都能作為酶制劑作用的底物，是酶法脫墨的物質基礎。目前，酶法脫墨主要有兩種不同的方法，一種是與廢紙漿中的纖維素和半纖維素反應的酶，另一種是和油墨反應的酶。對于酶制劑與纖維素和半纖維素的作用機理目前主要有四種推測:第一，對纖維素微纖維的剝皮作用;第二，對可及的纖維素鏈的水解;第三，對纖維素微纖維或微細組分的脫除;第四，對半纖維素的分解作用使碳水化合物一木素復合體釋放出木素。與油墨反應的酶主要是酷酶和脂肪酶，它們可以破壞油基印刷油墨的連接料或者載體。目前情況是酶制劑可以加到脫墨的初始階段，部分或者全部取代傳統脫墨方法的脫墨劑，利用浮選洗滌法脫除油墨粒子。但研究還表明，采用酶法脫墨的油墨粒子要比其他脫墨方法的油墨粒子小很多，這些油墨小粒子能擴散進入纖維中，降低洗滌效果。但總體來看，酶法脫墨能減少墨點數，紙漿的白度基本持平，效果與傳統方法相當，但很大程度上減少了廢水中的污染負荷。目前廢紙的纖維素酶和半纖維素酶法脫墨己部分實現工業化，探索其他能用于廢紙脫墨的酶對于酶法脫墨的發展具有重要的意義。
酶法脫墨的研究最初主要集中在舊報紙的脫墨，研究結果表明:酶制劑可以部分甚至全部代替化學品，減少污染，同時舊紙的疏解時間縮短，能耗降低;所得脫墨漿白度較高，并且濾水性能好，易于漂白。顧其萍等L20]研究了脂肪酶用于舊報紙脫墨，發現脂肪酶脫墨漿效果良好，并且脂肪酶脫墨漿的返黃值低于化學脫墨漿。還有人研究了漆酶介體體系對舊報紙的脫墨效果和對后續漂白的影響，發現脫墨漿的白度稍微下降，但后續的可漂性明顯提高，研究還發現，漆酶與聚木糖酶一起使用會產生協同作用，對舊報紙脫墨后漂白漿的質量改善明顯。這可能是因為聚木糖酶提高了漆酶介體體系對紙漿纖維的可及性〔2，〕。近些年，酶法脫墨研究重點已轉向靜電復印紙和激光打印紙的辦公廢紙脫墨上，并取得了良好進展:實驗表明，加入少量商品纖維素酶和表面活性劑，能很大程度上提高辦公廢紙油墨的脫除率t221。
1.5酶制劑在纖維改性中的作用
利用酶制劑對紙漿纖維進行改性，在保證紙漿纖維強度的前提下，提高紙漿濾水性，降低打漿能耗。纖維改性的方法，包括化學法改性、機械法改性和物理法改性三種。根據酶對纖維的改性作用，可分為三類:一是改善紙漿濾水性能、抄紙性能和提高高得率紙漿成紙性能的纖維素酶為主的酶制劑體系，二是降低打漿能耗、改善濾水性能和高得率漿成紙性能的半纖維素酶為主的酶制劑體系，三是以改善高得率紙漿物理性能的木素降解酶為主的酶系[23一24]。
纖維素酶處理紙漿能改善紙漿的濾水性，可能是因為紙漿中纖維連接較緊密，纖維素酶很難把纖維素分子降解。它能改善紙漿的濾水性能，是因為酶處理能提高紙漿游離度。在酶制劑的作用下，纖維的性能會產生一定的變化，主要是由于纖維素酶對纖維表面進行作用，主要表現在剝皮、腐蝕、微細纖維化和纖維切斷等幾個方面，最終影響紙漿的成紙性能。王兆榮等〔25j研究了纖維素酶對漂白針葉木漿的改性，發現適量的纖維素酶用量，能降低打漿能耗，提高紙張的抗張指數，但撕裂指數略微下降。Mansfield等仁26]的研究表明，復合纖維素酶處理紙漿能提高改性后紙漿的游離度，降低打漿能耗，提高紙張的印刷性能，改善成紙的平滑度，而且成紙的抗張強度也有所增加。
紙漿的纖維改性技術有著良好的發展和應用前景，但對改性劑和纖維作用規律的研究需要深入和提高。研究紙漿纖維改性的機理，有針對性的利用不同的改性劑和改性手段，探索其適宜的環境條件和作用方式及理論，并用于實際生產，兩方面的結合研究將互相促進，從而加快紙漿纖維改性的研究速度。酶制劑技術的發展，也必將在新的酶改性技術應用中發揮重要作用。
1.6酶在處理造紙廢水中的應用
廢水的厭氧處理，是水解產酸菌利用自身產生的胞外酶將有機物水解成小分子并酸化，將其繼續乙酸化，最終將有機物污染物分解產生甲烷和二氧化碳氣體。厭氧生物處理由于產生的污泥產量低、動力消耗少等優點在生產中得到應用。
活性污泥法是好氧生物處理廢水的典型方法，好氧活性污泥的細菌如動膠菌和革蘭氏陰性菌作用是能迅速穩定制漿造紙廢水中的有機污染物，使其具備良好的自我凝聚能力和沉降性能。好氧細菌在有氧的環境條件下降解有機物，然后在沉淀池中沉淀成污泥，上面的清液被排出或重新利用，從而實現對廢水的生物法處理。
固定化微生物技術是在固定化酶技術的基礎上發展起來的一項新的生物技術。即將微生物固定在載體上，并保持其生物功能。漆酶的固定化及其在造紙廢水處理中的應用中表明〔28]，用固定化漆酶法處理紙廠廢水，能有效去除甲基酚，同時漆酶還能夠脫除甲基和溶解紙漿中的部分木素。漆酶經固定化后，能進一步提高漆酶處理廢水脫色的有效性，每一單位酶活所降低的廢水色度值明顯提高。
2酶制劑未來發展方向
隨著真菌和細菌的培養優化技術的發展，制漿造紙酶制劑技術也在不斷地更新，其應用領域不斷擴大，需求量也不斷增加。制漿造紙整個過程中的各個階段所需要的酶種有所不同，取自哪種真菌或細菌，其存在的基物是哪些，如何將其分離、鑒定和純化，以及它們的生長環境和條件、應用時的環境條件，都是未來的研究和發展方向。
知識的寬度、厚度和精度決定人的成熟度。每一個人比別人成功，只不過是多學了一點知識，多用了一點心而已。下面小編給大家分享一些高中生物選修一知識，希望能夠幫助大家，歡迎閱讀!
高中生物選修一知識1傳統發酵技術
1.果酒制作：
1)原理：酵母菌的無氧呼吸 反應式：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量。
2)菌種來源：附著在葡萄皮上的野生酵母菌或人工培養的酵母菌。
3)條件：18-25℃，密封，每隔一段時間放氣(CO2)
4)檢測：在酸性條件下，重鉻酸鉀與酒精反應呈灰綠色。
2、果醋制作：
1)原理：醋酸菌的有氧呼吸。
O2，糖源充足時，將糖分解成醋酸
O2充足，缺少糖源時，將乙醇變為乙醛，再變為醋酸。
C2H5OH+O2CH3COOH+H2O
2)條件：30-35℃，適時通入無菌空氣。
3、腐乳制作：
1)菌種：青霉、酵母、曲霉、毛霉等，主要是毛霉(都是真菌)。
2)原理：毛霉產生的蛋白酶將豆腐中的蛋白質分解成小分子的肽和aa ;脂肪酶將脂肪水解為甘油和脂肪酸。
3)條件：15-18℃，保持一定的濕度。
4)菌種來源：空氣中的毛霉孢子或優良毛霉菌種直接接種。
5)加鹽腌制時要逐層加鹽，隨層數加高而增加鹽量，鹽能抑制微生物的生長，避免豆腐塊腐敗變質。
4、泡菜制作：
1)原理：乳酸菌的無氧呼吸，反應式：C6H12O6 2C3H6O3+能量
2)制作過程：①將清水與鹽按質量比4：1配制成鹽水，將鹽水煮沸冷卻。煮沸是為了殺滅雜菌，冷卻之后使用是為了保證乳酸菌等微生物的生命活動不受影響。②將新鮮蔬菜放入鹽水中后，蓋好壇蓋。向壇蓋邊沿的水槽中注滿水，以保證乳酸菌發酵的無氧環境。
3)亞硝酸鹽含量的測定：
①方法：比色法;
②原理：在鹽酸酸化條件下，亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發生重氮化反應后，與N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽結合形成玫瑰紅色染料。
高中生物選修一知識2酶的研究與應用
1、果膠酶作用：分解果膠，瓦解植物的細胞壁及胞間層，提高水果的出汁率，并使果汁變得澄清。
2、果膠酶并不特指某一種酶，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。
3、酶的活性可用單位時間內、單位體積中反應物的減少量或產物的增加量來表示。
4、目前常用的酶制劑有四類：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶，其中應用最廣泛、效果最明顯的是堿性蛋白酶和堿性脂肪酶。
5、加酶洗衣粉的作用原理：堿性蛋白酶能將血漬、奶漬等含有的大分子蛋白質水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污跡容易從衣物上脫落。
同樣道理，脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶也能將大分子的脂肪、淀粉和纖維素水解為小分子物質。
6、固定化技術包括：包埋法、化學結合法和物理吸附法。
一般來說，酶更適合采用化學結合法和物理吸附法固定化，而細胞多采用包埋法固定化。因為細胞個大，而酶分子很小;個大的細胞難以被吸附或結合，而個小的酶容易從包埋材料中漏出。
7、固定化酵母細胞時，酵母細胞的活化用蒸餾水;
配制海藻酸鈉溶液時，加熱要用小火，或者間斷加熱;要將海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，再加入活化的酵母細胞。CaCl2溶液有利于凝膠珠形成穩定的結構。
高中生物選修一知識3二、微生物的培養與應用
1、培養基的種類：按物理性質分為固體培養基和液體培養基，按化學成分分為合成培養基和天然培養基，按用途分為選擇培養基和鑒別培養基。
2、培養基的成分一般都含有水、碳源、氮源、無機鹽P14
3、微生物在固體培養基表面生長，可以形成肉眼可見的菌落。
4、培養基還需滿足微生物對PH、特殊營養物質以及O2的要求。
5、獲得純凈培養物的關鍵是防止外來雜菌的入侵。
6、常用滅菌方法有：灼燒滅菌，將接種工具如接種環、接種針滅菌;
干熱滅菌：如玻璃器皿、金屬用具等需保持干燥的物品。高壓蒸汽滅菌：如培養基的滅菌。
7、用固體培養基對大腸桿菌純化培養，可分為兩步：制備培養基和純化大腸桿菌。
8、固體培養基的制備：計算稱量溶化滅菌倒平板
9、微生物常用的接種方法：平板劃線法和稀釋涂布平板法。
10、平板劃線法是通過連續劃線，將菌種逐步稀釋分散到培養基表面，稀釋涂布平板法是將菌液進行一系列的梯度稀釋，分別涂布到培養基表面。
當它們稀釋到一定程度后，微生物將分散成單個細胞，從而在培養基上形成單個菌落。
11、微生物的計數方法：活菌計數法、顯微鏡直接計數法、濾膜法。
12、活菌計數法就是當樣品的稀釋度足夠高時，培養基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌。
通過統計平板上的菌落數，就能推測出樣品中大約含有多少個活菌。統計的菌落數往往比活菌的實際數目低。因為當兩個或多個細胞連在一起時，平板上觀察的只是一個菌落。
13、顯微鏡直接計數也是測定微生物數量的常用方法，但它包括了死亡的微生物。
14、設置對照的主要目的是排除實驗組中非測試因素對實驗結果的影響。
提高實驗結果的可信度。①如何證明培養基是否受到污染：實驗組的培養基中接種要培養的微生物，對照組中的培養基接種等量的蒸餾水(設置空白對照)。②如何證明某選擇培養基是否有選擇功能：實驗組中的培養基用該選擇培養基，對照組中培養基用普通培養基(牛肉膏蛋白胨培養基)。如果普通培養基的菌落數明顯大于選擇培養基中的數目，則說明該選擇培養基有選擇功能。
15、如何分離分解尿素的細菌?培養基中以尿素為唯一氮源，加入酚紅指示劑，如果PH升高，指示劑變紅，可初步鑒定該菌能分解尿素。
16、如何分離分解纖維素的微生物?以纖維素為唯一碳源的培養基。
17、纖維素酶是一種復合酶，至少包括三組分：C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。
前兩種酶使纖維素分解成纖維二糖，第三種酶將纖維二糖分解成葡萄糖。
18、篩選纖維素分解菌的方法：剛果紅染色法，其原理是剛果紅可以與像纖維素這樣的多糖物質形成紅色復合物，但并不和水解后的纖維二糖和葡萄糖發生這種反應。
當纖維素被纖維素酶分解后，剛果紅—纖維素的復合物無法形成，培養基中會出現以纖維素分解菌為中心的透明圈。(產生了透明圈，說明纖維素被分解了，說明有纖維素分解菌)
高中生物選修一知識4植物有效成分的提取。
1、植物芳香油的提取方法：蒸餾、壓榨和萃取。
2、水蒸汽蒸餾法是利用水蒸汽將揮發性較強的植物芳香油攜帶出來，形成油水混合物，冷卻后又重新分出油層和水層。
如玫瑰油、薄荷油等(也可用萃取法)。
3、柑橘、檸檬芳香油的制備常使用壓榨法，因為水中蒸餾會導致原料焦糊和有效成分水解。
4、胡蘿卜素的提取一般用萃取法。
萃取法是將粉碎、干燥的植物原料用有機溶劑浸泡，使芳香油溶解在有機溶劑中，然后蒸發出有機溶劑，獲取純凈的植物芳香油。
5、石油醚具有較高的沸點，能充分溶解胡蘿卜素，并且不與水混溶，所以適宜用作胡蘿卜素的萃取劑。
6、玫瑰精油的化學性質穩定，難溶于水，易溶于有機溶劑，能隨水蒸汽一同蒸餾。
故適用于蒸餾法。
7、玫瑰精油的油水混合物中加入NaCL目的是增加水層密度，使油水分層。
分離油層后加無水Na2SO4，目的是除去水，再過濾去除Na2SO4。
8、橘皮壓榨前用石灰水浸泡，目的是破壞細胞結構、分解果膠、防止橘皮壓榨時滑脫，提高出油率。
9、胡蘿卜素是橘黃色結晶，化學性質比較穩定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有機溶劑，所以適于用萃取法。
10、萃取時采用水浴加熱，以防有機溶劑燃燒、爆炸。
瓶口安裝回流冷凝裝置，以防止加熱時有機溶劑揮發。
高中生物選修一知識5DNA和蛋白質技術
1、提取生物大分子的基本思路是選用一定的物理或化學方法分離具有不同物理或化學性質的生物大分子。
2、DNA溶解性：①DNA在不同濃度的NaCL溶液中溶解度不同。
在0.14moL/L的NaCL溶液中，溶解度最小。②DNA不溶于酒精。
3、DNA對酶、高溫和洗滌劑的耐受性：因為酶有專一性，蛋白酶能水解蛋白質，但對DNA沒有影響。
DNA比較能耐高溫。洗滌劑能夠瓦解細胞膜，但對DNA無影響。
4、在沸水浴條件下，DNA遇二苯胺會被染成藍色。
5、提取DNA的材料一般用雞血而不用豬血，因為哺乳動物(豬)成熟的紅細胞無細胞核，無DNA。
6、破碎雞血細胞時，可以加入一定量的蒸餾水，同時用玻璃棒攪拌，過濾后收集濾液即可。
7、為了純化提取的DNA，需要將濾液進一步處理。
在濾液中加入NaCL，使其濃度為2mol/L，過濾除去不溶的雜質，再加入蒸餾水，使NaCL濃度為0.14mol/L，析出DNA，過濾除去溶液中的雜質。
8、向溶解了DNA的NaCL溶液中加入體積分數為95%的冷卻的酒精溶液，目的是提取含雜質更少的DNA。
9、PCR原理：DNA體外復制
10、PCR的條件：①一定的緩沖溶液;
②DNA模板;③分別與兩條模板鏈相結合的兩種引物;④四種脫氧核苷酸;⑤耐熱的DNA聚合酶;⑥控制溫度的儀器設備。
11、為什么要引物?因為DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈。
DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸。
12、PCR三步驟：變性、復性和延伸。
在PCR循環之前，常要進行一次預變性，以便增加大分子模板DNA徹底變性的概率。
13、PCR的結果：特異地復制處于兩個引物之間的DNA序列，使這段固定長度的序列呈指數擴增。
14、DNA在260nm的紫外線波段有一強烈的吸收峰。
15、蛋白質分離的方法：凝膠色譜法和電泳。
16、凝膠色譜法是根據相對分子質量的大小分離蛋白質的有效方法。
