【正文】 工藝、設(shè)備落后、菌種酶活低、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)技術(shù)水平低下 的現(xiàn)狀，盡快采用各種行之有效的高新技術(shù)，發(fā)展具有中國自己知識產(chǎn)權(quán)的新酶種、新產(chǎn)品、新劑型、滿足市場的需求，是當(dāng)務(wù)之急。利用纖維素酶進行酶處理，能使麻、棉表面剝離和縱向復(fù)合細胞間層侵蝕，使纖維梢絲束化或脫落，能極大地降低對皮膚的刺癢，提高棉麻織物的服用性能及產(chǎn)品的檔次。能夠為畜禽體內(nèi)增加和補充各種消化酶，強化消化系統(tǒng)的酶解功能，增進食欲，促進生長發(fā)育。以 78B2為菌種制曲，在醬油釀造人池時，加人 1％一般可使醬油產(chǎn)量增加5％左右，而且成品醬油中還原糖增加，醬香味明顯提高。在糖漬果品加工中最近也用纖維素酶取得很好的結(jié)果，用砂糖漬果實時，砂糖要通過細胞壁慢慢浸人果實中，這樣就需要幾天的時間，若是用纖維素酶破壞細胞后，在短時間內(nèi)即可浸透進去。王建榮等以噬菌體 lambds EMBL3 DNA 為載體，通過克隆綠色木酶 (Trichoderma viride)高分子量基因組 DNA 的部分酶解片段，并將重組分子進行體外包裝后侵染 K802，由此構(gòu)建了綠色木霉基因文庫（ taie}中科院微生物研究所還專門成立了纖維素酶研究的課題組，通過收集文獻與實驗數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)理論的研究。陳春洪等以稻草、花生殼 為主要碳源，研究了里氏木霉 GAB 的產(chǎn)酶條件。如 1968 年北京選育出一批纖維素酶菌種 。直到 1985 年，采用腐殖根霉 (Humicola insolens)發(fā)酵的方法，制得了世界上第一個洗滌劑用的纖維素酶，其產(chǎn)品命名為 Cellulaseo 1987 年又推出了一種細菌纖維素酶 (Bacterial CeIlulase)，并成功地用于 Attack 洗衣粉。 1906 年 Seilliere 發(fā)現(xiàn)蝸牛的消化液能夠水解棉花纖維素并產(chǎn)生葡萄糖，這是人類首次發(fā)現(xiàn)纖維素酶 。綜合上述 ,這里引發(fā)了一個新思路 ,就是對發(fā)酵不同階段分別進行不同控制 (如 pH 值 、溫度、通氣量、培養(yǎng)基成分 ) 可能在很大程度上提高酶產(chǎn)量。當(dāng)然 ,對于不同微生物來說 ,同一濃度的同一物質(zhì)也可能有著不同甚至完全相反的作用。但是目前這一資源的利用大約不到地球上總貯存量的 ，僅有一小部分被用于紡織、造紙、建筑、飼料、制藥、農(nóng)肥、燃料等方面，大部分未得到利用而被拋棄或焚燒，不僅造成資源的巨大浪費，而且污染環(huán)境，危害很大。還需要在這方面開展更廣泛而深入地研究。據(jù)估計 ,地球纖維素每年通過光合作用的更新量約為 4. 01010噸 ,Liitzen 等在 1983 年推算出纖維素的合成速率相當(dāng)于全人類每人每天 70 千克 ,這一驚人的結(jié)果足以顯示其對整個人 類的價值所在。利用這一年產(chǎn)量巨大的可再生性資源將其轉(zhuǎn)化為人類急需的能源、食物和化工原料，對于人類社會的可持續(xù)性發(fā)展具有非常重要的意義。 本設(shè)計的主要內(nèi)容有：工廠總平面布置、全廠工藝流程設(shè)計、工藝計算、設(shè)備的計算與選型、成本核算；另外，完成設(shè)計圖紙 8 張，有工廠總平面布置圖、工藝流程圖（ 3 張）、發(fā)酵罐設(shè)計圖、種子罐設(shè)計圖、發(fā)酵車間設(shè)備布置圖（平面圖和立面圖）。 植物纖維素的高聚合度、毛細管結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素和半纖維素所形成的保護層及其超分子結(jié)構(gòu)中具有高結(jié)晶度 (crystallinity index) 的結(jié)晶區(qū)存有大量氫鍵 (包括分子鏈內(nèi)、鏈間及分子鏈與表面分子之間形成的氫鍵 ) 是造成纖維素難以被利用的根本原因。這三種酶是內(nèi)切葡聚糖 ( )、外切纖維素酶 (cellobiohydrolase. CBH, EC 3. 2. 1. 91)和β 葡萄糖苷酶 (βGlucanases. GE, )。 纖維素酶的研究狀況 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 早期就有研究表明 ,纖維素酶是一類胞外酶 ,從培養(yǎng)物濾液中就可以很容易得到。在纖維素酶的生產(chǎn) 過程中 ,pH 值和發(fā)酵時間是關(guān)鍵。美國一直都是使用這種方法 ,并在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了流加培養(yǎng)法、分批發(fā)酵法、連續(xù)發(fā)酵法、二次發(fā)酵法以及細胞循環(huán)法等等。四、五十年代，以美國陸軍 Natick 研究發(fā)展中心為代表的世界許多研究機構(gòu)開始從不同方面對此進行了艱苦而卓有成效的探索，對產(chǎn)生纖維 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 素酶的微生物進行了大量分離篩選工作，建立起較為完整的分離篩選方法。到目前為止，在 SWISSPROT蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中，已有 140 個內(nèi)切酶， 19 個外切酶和 102 個 Q_葡萄搪普酶的全序列 。關(guān)于纖維素酶的特性、作用機理、培養(yǎng)條件、應(yīng)用試驗等方面的報道文獻也較多，如王景林等在吸收國內(nèi)外經(jīng)驗的基礎(chǔ)土，先后引進綠色木霉 Sn9101康氏木霉 NT15,E 曲霉 XX15A，在此基礎(chǔ)上采用了紫外線特定電磁波輻射，線性加速器，亞硝基皿等物理化學(xué)的誘變方法獲得了高產(chǎn)菌株 NT15H， NT15HXT15H,XT15H10。 從 80 年代后期開始有不少的國內(nèi)學(xué)者對纖維素酶進行基因結(jié)構(gòu)與遺傳重組方面的研究。因此，丹麥諾和諾德公司的酶制劑產(chǎn)品占領(lǐng)了我國絕大部分市場，使進口纖維素酶價格昂貴。纖維素大部分被分解，分解率為 50％ ，最高時達 80％，這樣椰子餅用纖維素酶分解后就可作為食物。在生產(chǎn)上應(yīng)用纖維素酶出具有提高發(fā)酵率，縮短發(fā)酵時間的效果。 在青貯飼料中加纖維素酶使纖維素分解促進乳酸發(fā)酵，這樣處理后的青貯飼料，比對照柔軟，曲香味明顯提高，酸度和還原物質(zhì)隨纖維素減少而增加。除此之外，纖維素酶在造紙、環(huán)保、草藥提取等方面也得到了一定的應(yīng)用。施安輝等 (1997)以綠色木霉為菌種，用熬皮和谷糠做碳源，固體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶，并研究了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。 Tao sun 等 (1999)以綠色木霉 SL 為菌種，采用固體發(fā)酵，通過 調(diào)節(jié)氣壓使發(fā)酵的 CMC 酶活達到了1400IU/g，而淺盤發(fā)酵的對照組，其酶活只有 450IU德，發(fā)現(xiàn)通過氣壓調(diào)節(jié)，可以使纖維素酶產(chǎn)量提高，這可能與氣壓調(diào)節(jié)可以改變菌株膜的運動，進而有利于產(chǎn)酶有關(guān)。王成華等 (199?)以玉米秸桿粉和鼓皮為碳源，研究了里氏木霉 913 的產(chǎn)酶條件。李忠興等 (1999)以康寧木霉 T215 為生產(chǎn)菌，在 30t 氣升式發(fā)酵罐中進行了液體深層發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的擴大實驗。 Domingues 等 (2020)研究了里氏木霉 RutC30 在液體搖瓶培養(yǎng)時的形態(tài)，也探討了培養(yǎng)基組成和接種量對菌絲形態(tài)和纖維素酶產(chǎn)量的影響。以高效液相色譜(HPLC)法檢測了菌體培養(yǎng)液中的。陳盛等 (1996)以蟹殼為原料提取 殼聚糖，用戊二醛作交聯(lián)劑，將纖維素酶固定于殼聚糖上，探討了一定量干殼聚糖載體與交聯(lián)劑濃度、給酶量等最適固定化酶條件。由于紡織業(yè)的發(fā)展和改革，纖維素酶的應(yīng)用也越 來越廣泛，僅水洗布生產(chǎn)一項，國內(nèi)每年需求在 600 噸以上。該公司生產(chǎn)食品級纖維素酶，售價為 萬 /噸。本設(shè)計生產(chǎn)的酶為固態(tài)的纖維素酶，酶活在 10000U/g.，由上面的價格參考來看可以賣到 10 萬 /噸左右。所以，空氣的除菌成為耗氧發(fā)酵工程的一個重要環(huán)節(jié)。 2）高效前置過濾： 利用壓縮機的抽吸作用，使空氣經(jīng)高效過濾后，進入壓縮空氣機，無菌程度高。 7）二級冷卻： 空氣進一步冷卻至 20℃，使部分水分結(jié)成較小的霧粒。 里氏木霉能用于纖維素酶生產(chǎn)在于其具備如下條件： 1 里氏木霉生產(chǎn)纖維素酶產(chǎn)量要高。固體培養(yǎng)設(shè)備比較簡單，易于推廣，但容易污染雜菌 。其產(chǎn)生的纖維素酶是胞外酶，發(fā)酵完成后，纖維素酶容易與菌體分離純化得到所需的酶； 5 里氏木霉及其代謝物安全無毒，不會影 響生產(chǎn)人員和環(huán)境，也不會對纖維素酶的生產(chǎn)造成不良影響。相對濕度較大，通過過濾器時易打濕過濾介質(zhì)使之失效。采用立式貯氣罐。第一次冷卻后空氣中大部分的水和油 結(jié)成較大的霧粒析出，由旋風(fēng)分離器分離。預(yù)計在今后的幾年內(nèi)，該產(chǎn)品在國際市場上仍將供不應(yīng)求。 廣州薈科生物科技有限公司 主要生產(chǎn)液態(tài)纖維素酶， 棕色液體 ， pH 值 在 左右（原液） ，售價為 萬 /噸。經(jīng)噴霧干燥制備的酶粉目前售價 10 萬 /噸，成本約 萬 /噸；經(jīng)固態(tài)發(fā)酵制成的粗酶 粉，作為飼料添加酶，目前售價 3～ 4 萬 /噸，而成本大約 2020～4000 元 /噸，利潤十分豐厚。根據(jù)市場調(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)彌補了國內(nèi)市場缺口，因此具有較大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場前景。在 30℃ 、初始 、搖瓶轉(zhuǎn)速 150r/min 的條件下，連續(xù)重復(fù)進行 12 次分批培養(yǎng)試驗，每次玉米桿用量為 60g/L，培養(yǎng)周期 ，共 54 組 培養(yǎng)液中含濾紙酶活力平均為 ，還原糖 g/L，糖化率達到理論值的 %。張德強等采用綠色木 霉液體發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶，研究了培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響 (張德強等， 2020)。王遂等 (1998)在實驗室搖瓶實驗的基礎(chǔ)上，進行了纖維素酶的二級和三級液體深層發(fā)酵的工業(yè)生產(chǎn)性試驗。管斌等 (2020)利用紫外線、亞硝基呱等對里氏木霉進行誘變處理，選育得到一株抗分解阻遏的突變株，液體發(fā)酵使其纖維素酶活力提高了 3 倍。夏黎明 (1999)在固體發(fā)酵條件下，篩選出一株纖維二糖酶高產(chǎn)黑曲霉，并對其發(fā)酵條件進行了研究。烏腸敏辰等 (1998)以里氏木霉 WXR8 為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外和亞硝基呱誘變處理后，得到一株抗纖維二糖阻遏突變株 RM27，得到了其固體發(fā)酵的最佳條件。 21世紀是知識經(jīng)濟時代，隨著人們對纖維素酶研究工作的深人，纖維素酶必將在食品，飼料，環(huán)境保護，能源和資源開發(fā)等各個領(lǐng)域中發(fā)揮越來越大的作用。但棉、麻及其混紡布料上存在細毛，與皮膚接觸時會產(chǎn)生刺癢感，因此近幾年來，利用纖維素酶進行生物整理越來越受到紡織界的重視。纖維素酶是畜牧業(yè)中的一種新型飼料添加劑，能夠分解結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維索 ，生成易消化物質(zhì)葡萄糖，摧毀細胞壁釋放內(nèi)容物，便于動物消化吸收。醬油釀造主要利用蛋白酶、淀粉酶等酶類對原料進行酶解，若再使用纖維素酶，使大豆等原料的細胞膜膨脹軟化破壞，使包藏在細胞中的蛋白質(zhì)、碳水化合物釋放，這樣就 可以縮短釀造時間，提高產(chǎn)率，同時還提高品質(zhì)，使氨基酸還原糖含量增加。也可用纖維素酶分解蘑菇，制造一種新調(diào)味料。玲列，將其重組到釀酒酵母 H158 中得到表達 。張荃花等以康氏木霉為菌種進行固體發(fā)酵，首先對菌種進行了誘變，并利用酵母菌與康氏木霉間的徽生態(tài)關(guān)系進行混合發(fā)酵，防止了“白毛菌”的污染，提高了酶活力 。幾十年來，北京、上海、成都、無錫、廣東、山東、浙江等地的大專院?？蒲性核M行了纖維素酶的研究工作，選育出一批纖維素酶菌種。早在 1967 脾國外專利中就提出了用纖維素酶來消除棉織物上出現(xiàn)的微纖維 (絨毛小球 )的想法 .但這個想法一直未能實現(xiàn)。故以微生物生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ) ,將以上兩類菌混合在一起發(fā)酵 ,尋求二者均能大量分泌纖維素酶的發(fā)酵方法和條件 ,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高效的混合纖維素酶 ,目前只有極少關(guān)于這方面的淺層研究。故準確控制發(fā)酵時間是纖維素酶生產(chǎn)的另一個重要參數(shù)。但需要一提的是 ,纖維二糖、葡萄糖和甘油等低分子可溶性糖在低濃度時有促進作用而較高濃度時便開始抑制。世界生產(chǎn)和目前儲存的纖維素生物量比任何一種碳水化合物都要多得多，是一種十分巨大的生物質(zhì)資源，可為人類提供用之不盡的能源。一些高產(chǎn)菌株的獲得 ,在目前條件下也難以大幅度降低纖維素酶的成本。 Trichoderma reesei 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 目 錄 1 緒論 1 1 1 國外研究概況 .......................................................................................................................... 2 國內(nèi)研究概況 .......................................................................................................................... 3 纖維素酶的應(yīng)用 4 纖維素酶在果實和蔬菜加工上的應(yīng)用 ...................................................................... 4 纖維素酶在醬油釀造上的應(yīng)用 ..................................................................................... 4 纖維素酶在酒精發(fā)酵中的應(yīng)用 ..................................................................................... 5 纖維素酶在飼料上的應(yīng)用 ................................................................................................. 5 在麻棉混紡織物后整理中的應(yīng)用 .................................................................................. 6 其它 .......................................................