【正文】 冬等 (1995)研究了 L 一山梨糖提高木霉纖維素酶合成速率機(jī)制，認(rèn)為其主要機(jī)制不是阻礙細(xì)胞壁的正常合成，促進(jìn)了酶的分泌，而是通過降低了菌絲體的生長速率來起作用。 AMP 含量，在非阻遏條件下，外源 cAMP 可以提高 FPA 的合成水平，但外源 cAMP 不能解除己經(jīng)發(fā)生的酶合成阻遏，菌體 ATP和 cAMP 水平是調(diào)節(jié)真菌纖維素酶合成的重要因子。固定化菌絲形態(tài)正常 。 Haapala 等 (1996)利用尼龍網(wǎng)固定化里氏木霉后，其所產(chǎn)的內(nèi) 切 葡聚糖酶和木聚糖酶活性均高于游離菌絲 。 我國的飼養(yǎng)業(yè)在農(nóng)業(yè)中占舉足輕重的地位，近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)肉、蛋、奶的需求量越來越大，飼養(yǎng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)飼料添加劑的需求量必然會(huì)急劇上升。 纖維素酶已廣泛應(yīng)用于棉紡織品（牛仔服、西服等）的水洗整理，可以取代浮石，獲得優(yōu)質(zhì)花斑和懸垂度；纖維素酶還可作為飼料添加酶，增加動(dòng)物（牛、豬、雞等）的消化代謝功能。 主要技術(shù)指標(biāo) 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 菌株發(fā)酵產(chǎn)酶能力： CX酶： 4001400u/ml/h 1u 相當(dāng)于每小時(shí)毫克葡萄糖： C1酶 60230u/ml/(24h) 葡萄糖苷酶 516 u/ml/h Fp 酶： 2054 u/ml/h 產(chǎn)品酶活力：液體 300u/ml，固體 300 u/g 國內(nèi)幾 大生產(chǎn)廠家 廣州裕立寶生物科技有限公司 , 是一家廣州市政府認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)，從事酶制劑的研發(fā)與生產(chǎn)。 該產(chǎn)品酶活為 10000U/g。 此外還有 寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司 ， 上海諾科化工新材料有限公司 ， 東莞寶麗美化工有限公司 ， 湖北立業(yè)生物制品有限公司 ， 廣州伯凱生物技術(shù)有限公司 。 本設(shè)計(jì)的目的和內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的目的 纖維素酶幾乎能用于以植物為原料的一切加工業(yè)，在飼料添加劑、紡織業(yè)、石油開采、果蔬加工、發(fā)酵工業(yè)、造紙、中成藥加工等方面有著非常廣泛的用途，特別在飼養(yǎng)、釀酒行業(yè)需求很大，僅水洗布，國內(nèi)每月就需求 5000 噸左右，而且目前國內(nèi)該產(chǎn)品是缺口，每年需大量外匯進(jìn)口。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：工廠總平面布置、全廠工藝流程設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算、設(shè)備的計(jì)算與選型、成本核算；另外，完成設(shè)計(jì)圖紙 8 張，有工廠總平面布置圖、工藝流程圖（ 3 張）、發(fā)酵罐設(shè)計(jì)圖、 種子罐設(shè)計(jì)圖、發(fā)酵車間設(shè)備布置圖（ 2 張 ） 。“無菌空氣”通常指經(jīng)過除菌過濾后，空氣的含菌量限制在 105內(nèi)。第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻，析出一部分較小的霧粒，由絲網(wǎng)分離器分離。 3）空氣壓縮： 一般工廠選用往復(fù)式空氣壓縮 機(jī)供氣，但它的運(yùn)轉(zhuǎn)使空氣帶進(jìn)油霧，導(dǎo)致傳熱面的油膜影響，降低空氣的給熱系數(shù)，給空氣冷卻帶來困難。 5）一級(jí)冷卻： 經(jīng)過壓縮的空氣溫度很快達(dá)到 120℃。 8）油水分離： 第二次冷卻后，析出一部分較小的霧粒，由絲網(wǎng)分離器分離。加熱空氣至 35℃，可以將相對(duì)濕度降低至 40%— 50%，保護(hù)過濾介質(zhì)。而且可以通過物理或化學(xué)誘變獲取高產(chǎn)菌株； 2 里氏木霉容易培養(yǎng)和控 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 制。 綜上，在本設(shè)計(jì)中我選擇里氏木霉作為生產(chǎn)菌種。而液體深層培養(yǎng)的方法易于控 制，不易染雜菌，生產(chǎn)效率高，目前生產(chǎn)上常采用液體深層培養(yǎng)法生產(chǎn)纖維素酶。 種子培養(yǎng)基 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) ,%) 麩皮 2 葡萄糖 3 (NH4)2SO4 發(fā)酵培養(yǎng)基 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) ,%):稻草粉 6 豆餅粉 1 ,KH? PO? , CaCl? , 生產(chǎn)方法 纖維素酶的生產(chǎn)可采用固體培養(yǎng)和液體深層培養(yǎng)兩種方法。在通常的生產(chǎn)條件下，能夠穩(wěn)定的用于生產(chǎn)，不宜退化； 4 里氏木霉產(chǎn)生的纖維素酶容易分離純化。 發(fā)酵工段工藝論證 發(fā)酵工藝流程 里氏木霉 斜面培養(yǎng)基 搖瓶培養(yǎng) 種子罐 稻草 洗凈 粉碎 滅菌處理 發(fā)酵罐 菌種選取 國外對(duì)纖維素酶的研究有近 40 多年的歷史，纖維素酶產(chǎn)生菌 主要有木霉、青霉和曲霉等，其中里氏木霉被認(rèn)為是最好的纖維素酶產(chǎn)生菌之一。 9）加熱： 二次冷卻后，空氣的相對(duì)濕度仍為 100%。 6）油水分離： 一級(jí)冷卻后，大部分的水和油結(jié)成較大的霧粒析出，由旋風(fēng)分離器分離。 4）空氣貯罐 ： 作用是消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈動(dòng)，維持穩(wěn)定的空氣壓力，同時(shí)也可以利用重力沉降作用分離部分油霧。 1）采風(fēng)： 采風(fēng)口設(shè)在離地面 10m以上，以保證采到較潔凈的空氣，空氣含菌量保 持在103— 104之間。本設(shè)計(jì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，采用“兩級(jí)冷卻 、 分離 、 加熱”的空氣除菌流程，它可適應(yīng)各種氣候條件，尤其適用于潮濕的地區(qū)，能充分的分離空氣中含有的水分，提高過濾效率。作為氧源，空氣中含有大量各式微生物，會(huì)干擾甚至破壞預(yù)定發(fā)酵的正常進(jìn)行。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查和研究分析，纖維素酶的應(yīng)用，不但能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，而且可大大地降低生產(chǎn)成本，該產(chǎn)品的生產(chǎn)彌補(bǔ)了國內(nèi)市場(chǎng)缺口，因此具有較大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場(chǎng)前景。固態(tài)的酶的價(jià)格相差也很大，主要看其酶活，酶活越大，價(jià)格越高。 邢臺(tái)市太和生物化學(xué)技術(shù)有限公司主 要生產(chǎn)中性 固態(tài)纖維素酶，酶活為2020U/g， 萬 /噸。 北 京盛世嘉明科技開發(fā)有限公司的前身是北京寧馨兒生物科技開發(fā)有限公司銷售公司，北京寧馨兒生物科技開發(fā)有限公司是依托中國科學(xué)院微生物研究所和中國食品發(fā)酵研究所的科研力量專門從事科研成果轉(zhuǎn)化的科研 生產(chǎn)型企業(yè)，主要從事酶的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)與研究。采用液體深層發(fā)酵工藝（ 30m3發(fā)酵罐）和固態(tài)發(fā)酵工藝（ 1噸 /天）生產(chǎn)纖維素酶的技術(shù)已通過省級(jí)鑒定，現(xiàn)已用于工業(yè)化生產(chǎn)，并獲得了良好經(jīng)濟(jì)效益。在釀酒過程中加入纖維素酶，既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，又可提高產(chǎn)量，節(jié)約大量糧食，釀酒業(yè)年需求量在千噸以上。 目前國內(nèi)的有關(guān)情況 國內(nèi)的 需求情況 21 世紀(jì)被稱為生物技術(shù)的世紀(jì)，國家十分重視生物技術(shù)工程在工農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。這種方法將產(chǎn)酶和糖化同時(shí)進(jìn)行，工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、易于連續(xù)自動(dòng)化操作。夏黎明等 (1998)采用多孔聚酷材料固定里氏木霉 Rut C30 菌絲細(xì)胞，將固定化細(xì)胞在生長限制條件下重復(fù)分批培養(yǎng)，使纖維素酶的合成與玉米秸桿纖維原料的 酶解糖化禍合在一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行。以不同濃度的各種碳源培養(yǎng)時(shí)，菌體胞內(nèi) ATP 含量只要超過 1 了 mg/mL, FPA的合成即發(fā) 生阻遏，菌體胞內(nèi) ATP 含量與 FPA 合成呈顯著負(fù)相關(guān) 。韓峰等以擬康氏木霉( Trichoderma pseudokoningii )為生產(chǎn)菌株，經(jīng)誘變后液體發(fā)酵，得到了較高的酶活力 (韓峰等， 2020)。 一葡萄糖昔酶活性的影響，同時(shí)對(duì)胞外和菌體中蛋白質(zhì)含量也進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)菌體生長和產(chǎn)酶的培養(yǎng)條件不同，在培養(yǎng)基中加入蛋白酶抑制劑，可以避免纖維素酶在發(fā)酵過程中的較大波動(dòng)。林開江等 (1998)將 30%玉米粉用 %的 HCI 在 12℃ 128℃水解縮合反應(yīng) 2h 后，稀釋 5 倍作為纖維素酶發(fā)酵碳源，研究了液體發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的工藝。余曉斌等 (1999)還采用里氏木霉 RutC30，對(duì) 罐分批和流加發(fā)酵產(chǎn)酶條件及其優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)高菌體量是獲得纖維素酶高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。余曉斌等 (1998)研究了增強(qiáng)里氏木霉 RutC30 產(chǎn)纖維素酶的方法。鄭佐興等 (1996)從木霉、曲霉和食用菌中篩選了高產(chǎn)纖維素酶的菌種，并研究了產(chǎn)酶的最佳條件。 Awafo 等(2020)用中心組合正交設(shè)計(jì)來優(yōu) (1998)以稻草、花生殼為主要碳源，研究了里氏木霉 GAB 的產(chǎn)酶條件。Xia liming 等 (1999)以玉米芯作為主要碳源，利用里 氏木霉 ZU02 固體發(fā)酵，研究了水分含量、麥鼓添加量、起始 pH 對(duì)纖維素酶合成的影響。烏敏辰等 ((1997)研究了黑曲霉DM1 以粗纖維原料的固體培養(yǎng)發(fā)酵。 固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶 張中良等 (1997)采用均勻設(shè)計(jì)研究了綠色木霉 1號(hào)固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的條件。建設(shè)纖維素酶裝置，可滿足市場(chǎng)需求．同時(shí)可以充分利用秸桿改善環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 我們相信 隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)展，纖維素酶工藝的發(fā)展將提高到一個(gè)新的水平。此外，利用纖維素酶生產(chǎn)的洗滌劑可作為降硬劑使用，它是一種具有高活性纖維素酶的濃縮洗滌劑組合物，性能極佳。 天然纖維如棉、麻等紡織品具有較強(qiáng)的吸濕、透氣性，倍受消毒者青睞。當(dāng)用纖維素酶制劑作用裸麥、大麥、玉米時(shí)，可使糖的總氮量明顯增加。 畜禽飼料中含有大量的纖維素，除某些反芻動(dòng)物具有分解纖維素能力外，大部分畜禽不具此能力 ?。 將纖維素酶應(yīng)用于釀酒，每 100Kg原料可增加出酒量 1015Kg，節(jié)糧 20％ ，酒昧醇香，雜醇油含量低；白酒釀造所用原料中纖維含量較大，使用纖維素酶后，可同時(shí)將淀粉和纖維素轉(zhuǎn)化為糖，再經(jīng)酵母分解全部轉(zhuǎn)化為酒精，提高出酒率3％～ 5％，酒體質(zhì)量純正，淀粉和纖維利用率高達(dá) 90％。醬油的釀造中蛋白酶的活力要強(qiáng)，為使大豆蛋白從組織 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 中充分裸露，添加的植物崩裂酶活力 (果膠酶、半纖維素酶，纖維素酶等 )也要高。其酶解工藝如下：首先把椰子餅加一定量水蒸煮后，加人纖維素酶， pH4． 5， 40℃振蕩， 48h后過濾，濾液濃縮噴霧干粉，此粉含有脂 肪、糖、蛋白質(zhì)。另 外，可以用纖維素酶分解果實(shí)和蔬菜，這樣制成的果醬口感好。 20世紀(jì) 90 年代初黑龍江省海林市萬力達(dá)集團(tuán)公司首條年產(chǎn) 2020t 的纖維素酶生產(chǎn)線投產(chǎn)，但迄今為止，我國規(guī)模生產(chǎn)纖維素酶至今仍未解決，形成不了大批量生產(chǎn)，滿足不了市場(chǎng)的需要。從瑞氏 木霉 DNA 文庫中克隆到的內(nèi)切葡纖維素酶 III 基因在釀酒酵母中表達(dá) :肖志壯等從里氏木霉 DNA 文庫中分離得到了內(nèi)切葡聚搪酶侄。裴相元等在鵝日糧中加入 %纖維素酶后，結(jié)果提高了 %的日增重和 %的飼料效率及降低了 %的飼料消耗。張中良采用均勻設(shè)計(jì)研究了影響綠色木霉生產(chǎn)纖維素酶的主要因素，他采用了淺盤固體發(fā)酵，得出了綠色木霉生產(chǎn)纖維素 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 酶的最佳條件 。 70 年代后，繼續(xù)進(jìn)行纖維素酶產(chǎn)生菌的誘變與選育工作，并對(duì)各種微生物來源的纖維素酶組分進(jìn)行分離純化、結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)的研究 。 國內(nèi)研究概況 我國纖維素酶的研究開始于 20 世紀(jì) 60 年代初。 從上世紀(jì)八十年代開始，隨著分子生物學(xué)和基因工程的發(fā)展，人們開始利用基因工程的方法對(duì)纖維素酶基因進(jìn)行克隆和一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定，利用遺傳工程從分子生物學(xué)水平對(duì)纖維素酶生產(chǎn)菌株進(jìn)行誘變育種，并對(duì)纖維素酶蛋白質(zhì)的氨基酸序列及其分離純化等方面進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。在應(yīng)用上也取得了一定成績。 1933年 Grassman 等研究了一種真菌的纖維素酶系，分辨出兩個(gè)組分，這是首次從真菌中分離出纖維素酶。 木霉纖維素酶系中含有較多的 CBH 和 EG,缺少β G,而另一類真菌如黑曲霉、海棗曲霉 ( A .phoenicus ) 和可可球二孢 ( Bot ryodi plodic theobromoe ) 形成的纖維素酶系卻以β G為主。日本過去多用固體曲生產(chǎn) ,后來由于這種方法難于監(jiān)控 ,某些組分常常吸附于固體殘余物上 ,增加了提取難 度 ,不利于現(xiàn)代化流水作業(yè) ,于是不少改為液體深層發(fā)酵。纖維素酶的發(fā)酵過程中 ,有分泌高峰期 ,且高峰期的穩(wěn)定性因培養(yǎng)基不同而有很大差異。 纖維素酶的分泌與細(xì)胞膜的通透性有著密切的關(guān)系 ,這是 Reese 和 Maguire 得出的結(jié)論 ,他們?cè)诰G色木霉 QMa6 的培養(yǎng)基中添加一定濃度的油酸鈉、亞油酸鈉、吐溫 80 和蔗糖單棕櫚酯等表面活性劑 ,結(jié)果都大量增加了纖維素酶產(chǎn)量 ,且縮短了產(chǎn)酶時(shí)間。許多不溶性的纖維素、可溶性的纖維衍生物、 一些低聚糖類對(duì)某些單糖和二糖均可作為纖維素酶的誘導(dǎo)物。因此研究纖維素資源的綜合利用具有深遠(yuǎn)的意義，日益引起世界各國的關(guān)注和重視。 纖維素 (cellulose )是植物細(xì)胞壁的主要成分，約占植物干重的三分之一至二分之一。 纖維素酶由三種功能不同但又互補(bǔ)的酶組成 ,能水解天然纖維素成為葡萄糖分子。過去的一些研表明 ,對(duì)含纖維素物質(zhì)進(jìn)行一定的前處理 (方法主要有球磨法 ,汽爆法 ,γ射線照射法 ,酸堿法和氧化法等 ) ,但僅是在較低的程度上提高了纖維素酶的水解效率。對(duì)纖維素的深入研究和利用必將是解決當(dāng)前世界許多國家普遍面臨的糧食 ,飼料和能源短缺及環(huán)境污染等問題的一條有效途徑 ,并已成為 21 世紀(jì)各國共同關(guān)注的一項(xiàng)重大課題。 liquid submerged fermentation。最后采用噴霧干燥做成固態(tài)的酶制劑。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁