纤维素水解精选(九篇)

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第1篇：纤维素水解范文

（浙江农林大学工程学院，浙江 临安311300）

摘要：以竹（Bambusa emeiensis）浆粕为原料，不同含水率的异丙醇和乙醇为反应介质，采用淤浆法制备羧甲基纤维素（CMC），并通过气相色谱法（GC）、傅里叶变换红外光谱法（FTIR）和X－射线衍射法（XRD）对原料和产物的结构和性能进行表征。结果表明，制备CMC的碱化和醚化条件及用量为竹浆粕5 g，30％的氢氧化钠17．5 mL，氯乙酸11．5 g，碱化温度25 ℃，醚化温度60 ℃，得到的最佳反应介质是含水率10％的乙醇。在此工艺条件下，CMC的增重率和黏度分别为30％和1 720 mPa·s。

关键词 ：竹（Bambusa emeiensis）浆粕；反应介质；含水率；羧甲基纤维素；增重率；黏度

中图分类号：Q81文献标识码：A文章编号：0439－8114（2015）03－0661-04

羧甲基纤维素（Carboxymethyl cellulose， CMC）是一种用途广，发展迅速的重要水溶性高分子纤维素醚，因具有优良的增稠、乳化、悬浮、分散、稳定、保水、膨化、赋形等功能，被广泛应用于食品、日化、医药、造纸、纺织、石油、建筑等领域，有着很好的应用前景，享有“工业味精”的美誉［1］。CMC是天然纤维素与氢氧化钠在溶剂中反应生成碱纤维素，再与氯乙酸反应生成CMC产品。CMC的重要指标有取代度和黏度。取代度是纤维素分子中葡萄糖基的羟基被羧甲基钠取代的数目，由于每个葡萄糖基上只有3个自由羟基可发生取代反应，所以其取代度最大是3［2］。CMC的黏度高低与原料的聚合度和α－纤维素含量有关，生产高黏度的CMC，就需要以高聚合度的精制棉［3，4］为原料加以制备，这是工业生产的普遍做法，具有一般代表性。本试验以竹（Bambusa emeiensis）浆粕为原料，采用淤浆法制备羧甲基纤维素，并且以黏度为主要评价指标，寻找合成高性能CMC的最优反应介质，以期为制备羧甲基纤维素提供参考。

1材料与方法

1．1材料与试剂

材料：粉碎过40目的四川永丰造纸厂慈竹（Bambusa emeiensis）硫酸盐浆粕（竹浆粕）。

试剂：无水乙醇、氢氧化钠、氯乙酸、乙酸，均为分析纯。

1．2仪器与设备

恒温水浴锅、恒速搅拌器、循环水式多用真空泵、微型植物粉碎机（FZ 102型）、送风定温干燥箱（WFO－710型）、分析天平（BS 224 S型）、旋转黏度计（HAAKE Viscotester 6 plus型）、气象色谱仪（GC－2010型）、傅里叶变换红外光谱仪（IR Prestige－21型）、X－射线衍射仪（XRD 6000型）。

1．3试验原理

纤维素与碱反应生成碱纤维素，简称碱化。碱化、醚化等主要反应

参考文献［5］。

1．4竹浆粕糖基组成及含量分析

糖基组成分析采用硫酸水解法，将高聚糖完全水解为中性糖和酸性糖，采用气相色谱法定量（Alditol－acetate procedure）［6］。在10 mL容积的玻璃试管中放入约20 mg材料，加入0．125 mL的72％硫酸，在室温下反应1 h后，加去离子水稀释成4％的硫酸，在121 ℃下水解60 min，冷却后加入内标肌醇充分混匀。用氨水将反应物pH调至中性，加入氢硼化钠还原反应液使其成为糖醇，用乙酸酐将糖醇乙酰化后，转入到2 mL小试管中，用高压氮气浓缩，按照以下条件进行气相色谱分析。分析柱用TC17毛细管柱 （25 m×0．25 mm，id），柱温210 ℃、恒温保持30 min，进样口温度和氢火焰检测器温度均为250 ℃。

1．5CMC的制备

量取不同含水率的异丙醇和乙醇溶液150 mL倒入250 mL三口圆底烧瓶中，然后再向三口圆底烧瓶滴加30％的NaOH 17．5 mL，并用玻璃棒搅拌均匀，最后加入5 g竹浆粕，在25 ℃下恒温搅拌60 min。碱化60 min后，向三口圆底烧瓶中加入11．5 g氯乙酸，并且在60 ℃下恒温搅拌120 min，得到CMC粗品。随后加入一定浓度的乙酸，在室温下中和至pH 7～8，然后用80％的乙醇洗涤2次，再用无水乙醇洗涤1次，每次200 mL，抽滤后在50 ℃下干燥至恒重，制得CMC成品。

1．6CMC增重率测定

竹浆粕质量为W0，CMC干燥至恒重测量其质量，记为W，则增重率公式为：

增重率＝（W－W0）／W0×100％

1．7CMC黏度的测定

采用黏度计（HAAKE Viscotester 6 plus型）测定2％ CMC水溶液的黏度：称取绝干的CMC 2 g，配成2％ CMC水溶液，通过搅拌使其全部溶解均匀，然后倒入小瓶内，选定合适的转子，于25 ℃下测定CMC的黏度。

2结果与分析

2．1竹浆粕糖基组成及含量分析

α－纤维素含量是表征浆粕质量最重要的指标，浆粕中α－纤维素含量高，有利于均匀地吸收碱液制得膨化均匀的碱纤维素，提高醚化反应的效率和反应均匀性，从而提高CMC产品的黏度和取代度［3］。α－纤维素是由β－D－吡喃型葡萄糖基以1，4苷键连接而成的线型高分子，其葡萄糖基的数量，即聚合度直接影响CMC水溶液黏度［7］。葡萄糖主要是α－纤维素的降解产物，得率为79．0％（为竹浆粕绝干重的百分比）。木糖得率为20．3％，是竹浆粕半纤维素的主要组分。阿拉伯糖得率为0．7％。半纤维素是具有支链、分子质量较纤维素低的非均一高聚糖，因此半纤维素的存在使α－纤维素含量减少，聚合度降低，但在工业生产中，为保证浆粕得率，尽量保留半纤维素。本研究采用半纤维素含量为20．3％的竹浆粕为原料，采用淤浆法制备CMC，研究不同反应介质及其含水率对CMC增重率和黏度的影响，确立最佳工艺条件。

2．2最优反应介质及其含水率的确定

为了取得高黏度CMC的最优反应介质及其含水率，分别选取常用的异丙醇和乙醇作为反应介质，然后设计不同含水率，分别是0、5％、10％、15％，共进行了8组试验，结果如图1和图2所示。由图1和图2可知，无论反应介质是异丙醇还是乙醇，均是在含水率10％时所制得的产物CMC的增重率和黏度最大。但是含水率10％的乙醇溶剂相对于含水率10％的异丙醇制得的CMC性能更优。说明该工艺制备CMC的最优反应介质是含水率10％的乙醇溶剂，所得到的CMC的增重率和黏度分别是30％和1 720 mPa·s。

2．3CMC的结构表征

如图3和图4所示，试验制得的羧甲基纤维素均在1 605 cm－1附近出现了强烈的吸收峰，这是羧甲基纤维素－CH2COONa基团中－C＝O的伸缩振动，从而证明了羧甲基化反应的完成［8］，进而说明了试验所得的产物均是羧甲基纤维素。3 441 cm－1附近的吸收峰表示羟基－OH的振动吸收峰，2 922 cm－1附近的吸收峰表示亚甲基－CH的伸缩振动，1 417 cm－1和1 325 cm－1附近的吸收峰分别代表－CH2和－OH的伸缩振动峰，1 065～1 160 cm－1是纤维素骨架－CH－O－CH2的振动区域［8，9］。

2．4原料与碱性纤维素的结晶性能

原料与碱性纤维素的XRD谱图如图5和图6所示。原料的X射线衍射峰的半圆锥角（2θ）出现在16．3　°、22．2　°、34．3　°，分别为天然纤维素101、101、002晶格面的衍射峰［10］，属于典型的纤维素Ⅰ型的特征峰。除了f和g在16．3　°有明显的衍射峰，其他的碱性纤维素在该处的衍射峰基本上消失了。f和g在22．0　°附近有较强的衍射峰，说明它们的纤维素Ⅰ型结构发生了较小的晶型变化。h和i的主要衍射峰出现在21．0　°左右，b、c、d和e的主要衍射峰均出现20．6 °左右，而22．2 °的衍射峰基本上消失了，这说明它们经过碱化后已经由纤维素Ⅰ型的结构变成了另外一种结构。由衍射峰的位置可以推断，这种结构为纤维素Ⅱ型［11］。结合表2中碱性纤维素结晶度的变化可知，天然纤维素的结晶已经被不同程度地破坏了。

由纯异丙醇为反应介质制备的碱性纤维素的结晶度较纯乙醇制备的碱性纤维素小［12］。这是因为在纯乙醇溶剂中，由于乙醇的极性大，NaOH在乙醇中的溶解度高，NaOH、水和乙醇几乎属于均相共存，当碱用量一定时，乙醇的存在使体系中的NaOH浓度明显降低；另外，由于Na＋外层同时吸附有乙醇和水分子，水化离子半径较大，不利于其向纤维原纤间渗透，过渡区氢键打开迟缓，更难进入结晶区。而NaOH在异丙醇中的溶解度较低，减小了水合离子的尺寸，易于渗进原纤之间，拉大原纤间距离，过渡区大分子间、分子内氢键被迅速破坏。相对于纯乙醇溶剂，Na＋在异丙醇体系中的浓度更高，并且其水合离子外层更多的是水分子，尺寸较小，易于渗透并被纤维素有效吸附，可有效拉大原纤间距离，加速过渡区乃至结晶区分子间、分子内氢键的破坏，所以其结晶度相对较小，碱化效果更好。

对于同一反应介质，随着含水率的增加，碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。这是因为溶剂中含水率的增加可能使部分贯穿于竹浆粕纤维素中的半纤维素分离出来，从而使得Na＋更易于渗透并被纤维素有效地吸附，加速了过渡区红外结晶区分子间、分子内氢键的破坏；但是随着含水率的继续增加，NaOH浓度明显降低，且Na＋的水合离子半径变大，不利于其向纤维原纤间渗透，以及对过渡区和结晶区氢键的破坏。所以，反应介质含水率的增加使得碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。

由于碱性纤维素结晶度的减小更有利于氯乙酸的充分反应，从而使制得的CMC的性能指标更优，这与本试验结果中CMC的增重率和黏度的变化相一致。

3结论

1）以半纤维素含量20．3％的竹浆粕为原料，可制得高增重率（30％）和高黏度（1 720 mPa·s）的羧甲基纤维素产品。

2）以竹浆粕为原料制备高性能羧甲基纤维素的最佳反应介质是含水率为10％的乙醇。

3）纯异丙醇相较于乙醇制备的碱性纤维素，前者的碱化效果更好。对于同一种介质，随着含水率的增加，碱性纤维素的结晶度呈先减小后增大的趋势。

参考文献：

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第2篇：纤维素水解范文

关键词：纤维素乙醇；木质纤维素；产业化；生物精炼；乙醇联产

Abstrct：With the energy crisis and environmental problems? becoming increasingly prominent， world energy development is entering a new period .That is， the world is experiencing the revolution that the energy? is being restructured from fossil energy consumption to focusing mainly on the renewable energy revolution. Cellulose ethanol is been the best alternative liquid fuel and industrial biotechnology research focuses on ecological benefits. In this paper， the authors summarize the status of cellulose ethanol at home and abroad， and analyz the impact? factors? affecting cellulose ethanol industry development and the development trend of the cellulose ethanol industry .

Key words：Cellulose ethanol ;lignocellulose; industrialization ;bio-refining ;co-production of ethanol

0引 言

能源问题是当今世界各国都面临的关系国家安全和经济社会可持续发展的中心议题，已经成为全球关注的焦点。因此，人们开始把目光转移到有利于社会可持续发展的可再生能源体系。专家认为，生物质资源转化体系是引领第三次世界能源革命的技术平台。在此背景下，燃料乙醇已经被视为替代和节约汽油的最佳燃料，其高效的转换技术和洁净利用日益受到全世界的重视，已经被广泛认为是21世纪发展循环经济的有效途径。

在中国，燃料乙醇的主要原料是玉米和小麦。随着燃料乙醇的快速发展，原料问题日益突出，成为制约燃料乙醇发展的瓶颈；另外，以粮食作物为原料的燃料乙醇产业发展还有可能引发国家粮食安全问题。因此，中国政府提出生物乙醇坚持非粮之路，即“不与人争粮，不与粮争地”。经济分析显示，中国发展纤维素乙醇有更大的优势。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，也是当前利用率最低的资源，是各国新资源战略的重点。中国可利用的木质纤维素每年在7亿吨左右，这些丰富而廉价的自然资源主要来源于农林业废弃物、工业废弃物和城市废弃物。所以，纤维素乙醇是未来发展的必然方向。

1木质纤维素原料组成及性质

木质纤维素是由纤维素、半纤维素、木质素和少量的可溶性固形物组成。纤维素大分子是由葡萄糖脱水，通过β-1，4葡萄糖苷键连接而成的直链聚合体。在常温下不发生水解，高温下水解也很缓慢。只有在催化剂的作用下，纤维素的水解反应才显著进行。常用的催化剂是无机酸或纤维素酶，由此分别形成了酸水解和酶水解工艺。半纤维素是由不同的多聚糖构成的混合物，这些多聚糖由不同单糖聚合而成，有直链也有支链，上面连接有不同数量的乙酰基和甲基。半纤维素的水解产物主要有己糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、戊糖和阿拉伯糖等几种不同的糖。半纤维素的聚合度较低，相对比较容易降解成单糖。二者的水解机理可以用下列方程式简单地表示：

(C6H10O5)n + nH2OnC6H10O6

(C5H804) n + nH2OnC5H10O5

2国外纤维素乙醇的研究与应用现状

随着现代工业的迅速发展，大规模开发利用作为清洁能源的可再生资源显得日益重要。许多国家都制定了相应的开发研究计划，例如：美国的“能源农场”、巴西的“酒精能源计划”、印度的“绿色能源工程”和日本的“阳光计划”等发展规划。其它诸如丹麦、荷兰、德国等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。

自1973年世界石油危机后，巴西就实施了“国家乙醇生产计划”，主要依靠本国丰富的甘蔗资源，积极发展燃料乙醇产业，目前已经发展320多家燃料乙醇生产企业，1400万吨/年的乙醇生产规模。大部分企业实行燃料乙醇和糖联产。美国在燃料乙醇的生产上仍然是世界乙醇生产的领头羊，在将纤维素转化为燃料酒精的研究、生产和应用方面也走在世界的前列。美国加州大学Berkeley分校采用的流程是纤维素水解与发酵同步进行，该工艺以粉碎的玉米芯为原料，再用稀酸水解，将半纤维素水解成木糖等产物。该流程的酸水解是连续进行的，反应器中的纤维原料含量为5%，玉米芯水解率达40%，水解液中糖为2.6%，然后采用多效蒸发器浓缩至糖浓度为11%再进行发酵。美国维吉尼亚州立大学利用80%的浓磷酸循环使用进行木质纤维素“溶解性分离”的研究，然后经纤维素酶水解，得到较纯的葡萄糖，其得率达到35%。瑞典隆德大学Karin Ohgren等研究了将蒸汽爆破预处理后的玉米秸秆进行同步糖化与发酵的工艺研究，试验结果表明，发酵结束后乙醇达到25g/L。

近年，随着纤维乙醇技术的快速发展，一些大公司开始计划建造较大规模的试验性工厂。美国的Gulfoil Chemical公司建成了可处理1t/d纤维废料的中试车间，年产纯乙醇2亿升，乙醇产率为27.7%。加拿大的Iogen生物技术公司，在渥太华开设了以麦秸为原料的3.2万加仑/年纤维素乙醇厂，采用稀酸结合蒸汽气爆预处理半纤维素，随后用纤维素酶水解，分离后的液体进行木糖和葡萄糖联合发酵。经评估，其生产成本比谷物乙醇高出30%～50%。

3国内纤维素乙醇研究与应用现状

我国在纤维素乙醇技术开发上也取得了一些重要进展。浙江大学主持的“利用农业纤维废弃物代替粮食生产酒精”的项目已在河北完成中试生产，以玉米芯为原料，乙醇产率为22.2%（W/W）。南京林业大学建立了玉米秸秆间歇蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解和戊糖己糖同步发酵技术制取纤维乙醇的中试装置。水解得率为71.3%，还原糖利用率和乙醇得率分别为87.17%和0.43%。华东理工大学于2005年已建成了纤维乙醇600吨/年的示范性工厂，以废木屑为原料，以稀盐酸水解和氯化亚铁为催化剂的水解工艺以及葡萄糖与木糖的发酵，转化率达到了70%。河南农业大学利用黄胞原毛平革菌和杂色云芝的复合预处理，对选择性降解木质素的能力和规律进行了试验研究。生物降解后原料水解率达到了36.67%。山东大学微生物技术国家重点实验室主要开展“纤维素原料转化乙醇关键技术”研究。对纤维素酶高产菌的筛选和诱变育种、用基因手段提高产酶量或改进酶系组成、纤维素酶生产技术等研究。吉林轻工业设计研究院“玉米秸秆湿氧化预处理生产乙醇”在实验室规模为10L发酵罐条件下，经湿氧化预处理和酶水解后酶解率86.4 %；糖转化为乙醇产率48.2 %。

近年来，以河南天冠集团和中粮集团为代表的几家大型燃料乙醇生产企业，与高校联合进行纤维素乙醇的工业化技术的探索性研发。目前，河南天冠集团将建成300吨/年的乙醇中试生产线，原料转化率超过了16%。中粮集团于2006年在黑龙江肇东启动建设500吨/年纤维素乙醇实验装置。吉林九新实业集团建立了3000吨/年的玉米秸秆生产纤维乙醇示范性工厂。

迄今为止，全世界已经建有几十套纤维质原料经纤维素酶水解成单糖的中试生产线或小试生产线。纤维燃料乙醇在国内外研究正步入一个新的时代，在一些关键技术上取得了重要的进展，并建立了多个示范性工厂。但整体上，由于在纤维素酶生产技术、戊糖己糖发酵菌株构建等方面还没有取得根本性的突破，所以距离纤维素乙醇的产业化还有一定的距离。

4影响纤维乙醇产业化的主要因素

近年来，国内外对利用木质纤维转化乙醇进行了大量的研究， 工艺路线已经打通，但当前要想实现工业化生产，在原料收集、预处理、糖化、发酵和精馏各工艺过程中还存在着制约纤维素乙醇生产的问题，主要表现为以下四个方面

（1）木质纤维素原料分散，季节性强，尤其是农作物秸秆。

（2）木质纤维素预处理技术有待进一步优化和提高。由于天然纤维素原料的结构复杂的特性，使得其纤维素、半纤维素和木质素三者不能有效分离；另外伴随产生一些中间副产物，实验表明，这些物质抑制酵母的生长和代谢，最终影响乙醇产率。

（3）缺乏高效的纤维酶菌株，现有的纤维素酶制剂效果较低，使得酶解糖化经济成本较高，当前生产一吨纤维乙醇需要酶制剂成本在2200～2600元。

（4）缺乏能够同时高效利用戊糖和己糖的发酵菌株。在木质纤维水解中，其中有相当比重的木糖（葡萄糖/木糖约为2）。因此，戊糖的利用是影响纤维乙醇综合成本的关键一项。

5未来纤维素乙醇产业化发展趋势

目前，国外纤维素乙醇产业化的研究已经成为了热潮，正步入一个关键时期，中国在这方面也有良好的基础。为了使纤维素乙醇尽早地实现产业化，除了以上几项关键技术进一步解决好外，还应当借鉴石油化工的经验，坚持走生物精炼和乙醇联产的模式，尽可能地最大提升和拓展底物的各组分的经济价值，也许是促使纤维素乙醇产业化的重要途径。

尽管木质纤维素原料本身非常廉价，但是将其转化成乙醇的工艺过程非常复杂，需要大量的能耗。这主要是由木质纤维素自身的结构特性决定的，而得到的目标产物是经济附加值并不很高的乙醇，致使单位乙醇的经济效益并不具备较强的市场优势。而生物精炼和乙醇联产模式就打破了原来由生物质生产单一产品的观念，实现原料充分利用和产品价值最大化，就是所谓的“吃干榨净”，正如目前的利用粮食生产乙醇一样。例如，利用玉米同时生产燃料乙醇、玉米油、蛋白粉、高果糖浆、蛋白饲料和其他系列产品，这样提升了整个工艺产品的经济附加值，同时取得良好的经济效益和社会效益。同样利用木质纤维素的三大类组分也可以衍生出多种产品。例如：目前，大多的木糖醇厂主要是利用玉米芯中的半纤维素生产木糖醇，结果剩下大量的木糖渣（主要是纤维素和木质素），如果进行联产模式，将剩下的纤维素与木质素进行组分分离，分别生产纤维乙醇和优质燃料或木素磺酸盐，就有可能进一步提升产品的综合效益。

综上所述，中国应该利用纤维素乙醇作为主要的生物能源，加快以纤维素乙醇为核心的综合技术开发，尽早实现其产业化发展的目标。相信经过“十一五”计划的实施，中国在利用纤维素废弃物制取燃料乙醇方面，必将取得更大的进展，为缓解液体燃料短缺、促进环境保护和社会可持续发展等方面发挥重要作用。

参考文献

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第3篇：纤维素水解范文

植物纤维素里有一种结构叫结晶区，就是相邻的纤维素通过氢键紧密相连，水是很难进入这一区域的。就算是用浓酸水解，破坏了结晶区，纤维素分子量还是太大，大分子本身也是难溶于水的，形成的是稠状物，除非再给很大量的水才能让大分子纤维素溶解。

一般在分析木材原料成分时，要去掉纤维素都是先浓酸水解再稀酸水解，就是先破坏纤维素结晶区，再让一根根纤维素水解成单糖。

（来源：文章屋网 ）

第4篇：纤维素水解范文

关键词：酶 纺织品 染整 应用

1、纤维素酶

1.1 纤维素酶的定义

纤维素酶是纤维素是由各种不同催化特性的酶组成的多组分的酶体系。一般认为，纤维酶主要由CBIⅠ、CBHⅡ和葡萄糖苷酶组成的，这些酶在纤维素水解过程中具有协同作用。纤维素酶正式应用于纺织品化学加工中已有20多年历史。

1.2 纤维素酶在纺织品染整加工中的作用

纤维素酶在纺织品染整加工中所起到的主要是水解作用，纤维 素酶的水解是固液多相反应，首先纤维素酶扩散到纤维表面或内部，吸附到纤维底物上，而进一步发生水解反应。

1.3 纤维素酶在生物抛光整理中的应用原理

生物抛光是一种用纤维素酶改善棉织物表面的整理工艺，以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度。天然纤维素的结构复杂，结晶度高，在一定酶浓度和时间条件下很难把纤维素完全水解成葡萄糖单体，仅对织物表面或伸出织物表面的茸毛状短小纤维作用。生物抛光也就是去除从纤维表面伸出的细微纤维，经纤维素酶处理后稍经机械加工就可以得到表面平滑而茸毛少的织物。生物抛光的主要功效是使服装和面料长久保持光鲜、手感更柔软。与传统的加工方法比，生物抛光有如下优点：织物表面更光洁无茸毛；织物表面显得更加均匀；减少起毛起球的趋向；增加悬垂性并具滑爽手感；处理的织物更具有环保意义。经过生物抛光处理的织物还有诸多优点：穿着洗涤不易起球，染色鲜艳，保色保新时间长，尤其对印花织物效果更好。

1.4 纤维素酶在牛仔裤加工中作用

纤维素酶还应用于牛仔裤产品的洗涤加工，代替石洗加工工艺。最早应用在靛蓝牛仔服装的洗涤整理上，以获得与石磨相同的染料脱色，洗白等褪色防旧效果。这种加工的原理是，首先将牛仔服装上的浆料充分去除，充分发挥纤维素酶对牛仔服装表面的剥蚀作用；纤维素酶仅对牛仔服装表面部分水解，造成纤维在洗涤时发生脱落，在纤维素酶处理时，牛仔服装在转鼓中不断发生摩擦，加速服装表面纤维的脱落，并使吸附在纤维表面的靛蓝等染料一起去除，产生石磨洗涤的效果，并具有独特的外观和柔软的手感。目前应用的纤维素酶大多为中性或酸性纤维素酶。纤维素酶用于牛仔服装水洗石磨加工，加工后的服装雪花点多、立体感强、色光好；与传统的石磨工艺相比，酶洗工艺条件温和，耗能降低，减少了服装和设备的磨损，水洗效率高；与传统的化学助剂整理工艺相比，酶洗工艺大大减少了污水排放，有利于环境保护。

2、淀粉酶

2.1 淀粉酶的定义

淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称，通常通过淀粉酶催化水解织物上的淀粉浆料，由于淀粉酶的高效性及专一性，主要应用与退浆，酶退浆的退浆率高，退浆快，污染少，产品比酸法、减法更柔软，且不损伤纤维。用淀粉酶催化水解织物上的淀粉浆料，在目前的生产工艺中，仍旧是去除淀粉浆料的重要方法。只不过现在应用的淀粉酶的工艺水平向高温高效方向发展，最高温度可达115℃，加工时间最短只有十几秒钟。现在的高温淀粉酶不但可以提高退浆效率，还可以同时去除混合浆料中的PVA等化学浆料。

2.2 淀粉酶的种类及其作用

（1）种类：淀粉酶的种类按作用方式可分为α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支链淀粉酶和异淀粉酶等。

（2）作用：α-淀粉酶属于内切型淀粉酶，它作用于淀粉时从淀粉分子内部以随机的方式切断α-1，4 苷键，最终水解产物为葡萄糖、麦芽糖和低聚糖，能快速降低淀粉的粘度，是最重要的一类淀粉酶。如淀粉酶应用于棉织物的退浆。传统的棉织物退浆工业应用氧化剂、酸等退浆剂，这就产生了一个缺点：退浆剂在与淀粉作用的同时，也会与纤维素发生作用，并降低织物的强力。如果控制不当，甚至会引起织物全部降解。酶能够发生选择性反应并把淀粉转化到可溶状态。淀粉酶能够完全破坏淀粉，同时又不损伤纤维素，这是淀粉酶退浆的一个非常突出的优点。淀粉酶退浆工艺分为浸渍、保温处理和水洗三个阶段。浸渍阶段：这个阶段包括织物吸收酶溶液，使浆料凝胶化。其主要目的是使织物被酶溶液充分润湿，充分保持酶的稳定性，使浆料凝胶化。为使织物充分地被酶溶液润湿，可在70℃或更高温.。目前退浆用的淀粉酶都是α-淀粉酶。不同来源的α-淀粉酶具有不同的热稳定性和最适反应温度。α-淀粉酶的淀粉改性剂使得淀粉在调浆过程中降解和简单变性.故可部分取代PVA对纯棉、涤棉等织物上浆，大大降低了上浆成本，减少环境污染，并顺应厂找国今后新型浆料的发展方向：“高质量、多功能、少组分、系列化、少用或不用PVA”。另外，近年来，α-淀粉酶还被用于变性淀粉生产中的淀粉预处理工艺中。实现淀粉在变性前被降解，提高变性效率，制得r高浓低粘的高质量的变性淀粉浆料。

第5篇：纤维素水解范文

关键词：纤维素酶；微/纳纤丝；机械处理

中图分类号：TQ340.1 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.11.002

21世纪以来，随着资源的严重匮乏和人们对环保的日益重视，可再生生物质资源的利用具有了重要意义[1]。纤维素是地球上极为丰富的可再生生物质资源之一，占地球总生物量的40%[2-3]，广泛应用于造纸、塑料、炸药、电工及科研等方面。从天然纤维中分离出的微/纳纤丝具有高强度、高结晶度、高纯度、生物可降解、亲水性强等特性，因此，微/纳纤丝在高性能复合材料中显示出广阔应用前景。微/纳纤丝（micro/nanofibrils）包括微纤丝（microfibril）和纳米纤丝（nanofibril）两种。微纤丝被定义为直径在0.1～1 μm，长度在5～50 μm的纤维，纳米材料则包括至少一维空间的尺寸为纳米级（1～100 nm）[4]。

微/纳纤丝的制备方法有化学法、机械法、生物法、人工合成法、静电纺织法、酶处理法等[5]。相比较来说，酶处理法制备微/纳纤丝具有反应条件温和、能耗低、设备要求相对简单、经济环保等优势[6]，且所用的试剂酶与纤维素酶均为可再生资源[7]，因此，酶处理工艺更适合今后的大量生产微/纳纤丝。

本研究以杨木纸浆纤维为原料，通过纤维素酶协同机械法处理，致力于以环境友好方式制备出微/纳纤丝，运用高效液相色谱、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对制备出的微/纳纤丝进行表征分析，研究其细化后的性能变化。

1 材料和方法

1.1 材 料

杨木纸浆纤维：购置于江苏某造纸厂，纤维素含量为77.44%，半纤维素含量为15.72%，酸不溶木素为5.1%，结晶度为68.2%。纤维素酶：购置于宁夏和氏璧公司，是由青霉菌发酵液精制而成，滤纸酶活为48.86 FPU·g-1。主要试剂：柠檬酸、过氧化钠、亚硫酸钠、硫酸、3，5-二硝基水杨酸、偏重亚硫酸钠等分析纯均购于南京化学试剂有限公司。

主要仪器：高效液相色谱（美国安捷伦公司），高压均质仪（定制于日本某研究公司），超声波细胞粉碎机（南京先欧仪器制造有限公司），马尔文激光粒度仪（马尔文公司），X射线衍射仪（岛津/KRATOS公司），JSM-7600F场发射扫描电镜（日本电子）等。

1.2 酶解杨木纸浆纤维中纤维素/半纤维素的测定[8]

称取（300.0±10.0） mg已用酶处理过的杨木纸浆纤维置于干燥皿中，加入（3.00±0.01） mL72%硫酸，充分润湿混匀。将干燥皿置于（30±3） ℃水浴中振荡反应（60±5） min，振荡须保证所有纳米纤维素浸润于硫酸溶液中，完全水解。水解完成后，从水浴槽中取出干燥皿，加入（84±0.04） g纯水，将硫酸浓度稀释至4%。将样品置于高压灭菌器中，温度设置为121 ℃，时间60 min。反应结束后，冷却至室温。用已准备好的磨成粉状的脱水Ba（OH）2，中和样品pH值至5～6。离心后，取上清液作高效液相分析用，从图谱中计算出葡萄糖、木糖浓度。从而可以计算出样品中纤维素和半纤维素的绝干百分比。公式（1）如下：

纤维素/半纤维素含量=×100%（1）

式中，C为水解后单糖的浓度，单位为g·L-1；MC为杨木纸浆纤维的含水率，0.087为水解液的总体积，单位为L；0.3为酸水解原料的质量，单位为g；0.9为纤维素和半纤维素水解葡萄糖对应的系数。

用蒸馏水洗涤残渣，后将残渣在105 ℃下干燥至恒质量并称质量，将其作为酸不溶木质素的质量；取一定量的水解上清液用分光光度法在205 nm处测定其吸光度AOD，然后按式（2）计算相应的酸溶木素。

酸溶木素=×8.7%（2）

1.3 杨木纸浆纤维预处理

（1）杨木纸浆纤维的粉碎。由于纤维过于粗，用植物粉碎机对杨木纸浆纤维再加工，过0.18 mm筛。

（2）化学处理[9]。由于杨木纸浆纤维中仍然有少量半纤维素、木素及其它杂质，这会影响微/纳纤丝的制备，因此要将其去除。选择固液比为1∶30，在NaSO3浓度为3%，蒸煮时间为2 h，温度为200 ℃，脱去杨木纸浆纤维中的木质素，水洗至中性，收集滤渣；选择固液比为1∶30，NaOH浓度为8%，碱处理时间3 h，温度80 ℃，脱去杨木纸浆纤维中的半纤维素，水洗至中性，收集滤渣；选择固液比为1∶40，H2O2浓度5%，处理时间1 h，温度45 ℃，脱去果胶等杂质，水洗至中性，收集滤渣。经高效液相得出图谱，通过公式（1）和（2）分别计算得出纤维素含量为92.85%、半纤维素含量为1.87%、木质素含量为0.88%，适合作为酶解纤维素的底物。

1.4 正交试验

为了考察最优条件，选择加酶量、酶解时间和料液比作为考察因素，运用3因素3水平作正交试验，确定微/纳纤丝的最佳工艺参数，具体因素水平如表1所示。

1.5 纤维素酶解杨木纸浆纤维

将碱预处理后的纤维素与缓冲溶液以一定的料液比加入纤维素酶液，在适宜的温度以及pH值下酶解反应一定时间，达到纤维素酶的平衡聚合度，灭酶5 min，过滤，滤渣风干，粉碎，即得杨木纸浆微/纳纤丝。

1.6 机械法处理杨木纸浆纤维

由于纤维素酶选择性地酶解掉无定形的纤维素而剩下部分纤维素晶体[10]，因此，可以用机械法加以辅助酶解微/纳纤丝，以较为环保的方式获得结晶度较高、粒径较小的产物。本试验中采用超声波粉碎仪和高压均质仪间歇式处理已酶解过的微/纳纤丝以获得质量更优的微/纳纤丝。

1.7 X射线衍射分析（XRD）[11]

样品按照X射线衍射仪的测试要求装片。X光为铜靶，扫描步长为0.05°，扫描范围为5°～40°，5°·min-1。测试条件为电压40 kV，电流30 mA，采用2θ/θ步进扫描。根据Turley法计算试样的结晶度[11]，计算公式为：

CrI=×100% （3）

式中，CrI为结晶度指数；I002为（002）晶格衍射角的极大强度；Iam为代表2θ角近于18°时非结晶背景衍射的散射强度。I002与Iam单位相同。

1.8 JSM-7600F场发射扫描电子显微镜（SEM）分析

配制已制备好的微/纳纤丝溶液，放入冷冻干燥箱中冷冻干燥48 h后取出并立即存放入干燥器中以备检测微/纳纤丝的长度、粒径、形态等[12-14]。临界点干燥，喷金，放入JSM-7600F场发射扫描电子显微镜（SEM）下观察。

2 结果与分析

2.1 正交试验分析

本试验采用的纤维素酶由青霉菌发酵液精制而成，此种酶经试验在50 ℃下酶解效率最好，因此本试验酶解温度定为50 ℃[15-21]。采用3因素3水平的正交试验，确定制备微/纳纤丝的最佳工艺参数，得到CrI较高的微/纳纤丝。根据公式（3）和XRD图谱算出每组试验的CrI，正交试验结果见表2。

由表2可知，酶处理制备杨木纸浆微/纳纤丝的影响因素依次为A>C>B，即时间、加酶量、料液比。最佳工艺条件为A2B2C1，即最佳工艺条件为加酶量30 FPU，处理时间为36 h，料液比为1∶40。由于酶中含有蛋白质等杂质，使原料中纤维素含量有所降低，可以通过适当的碱处理来去除蛋白质，再进行机械处理以制备粒径更小的微/纳纤丝。

通过马尔文激光粒度仪Zetasizer Nano对酶解后微/纳纤丝的粒径分布进行测量。从图1可以看出，溶液中去除蛋白前后的变化情况。

图1（a）中有2个峰值，在80 ℃下进行热碱处理后得到图1（b），图1（b）有一个峰值，这说明，酶处理后的产物中蛋白质已经去除。因此，可以得出：图1（a）中粒径分布范围在100～1 000 nm，光强小的峰值是试验材料中酶的粒径范围分布情况。从（a）、（b）两图中均可看出，酶处理后的产物粒径分布范围大都在1 m以上，说明酶处理后的微/纳纤丝大部分还是聚集形态的纤丝束，还需要进一步的机械法处理才能获得粒径分布范围更小的纳米纤丝。图1（b）中1 m以上纤丝粒径分布较图1（a）变窄，这是由于纤维在热碱溶液中能够发生剥皮反应（150 ℃下发生），引起纤维素降解。

按照正交试验的结果进行验证试验，由计算可知纤维素酶水解后杨木纸浆纤维的CrI为84.2%，这表明纤维素酶水解作用破坏了纤维素的非结晶区，使酶解后的纤维CrI提高。去除蛋白后纤维素的含量为95.26%。纤维素酶水解后，纤维素的结晶度和含量均有所改善。

2.2 机械法再处理

尽管在本试验的最佳酶解条件下获得纤丝的纤维素含量和结晶度提高较大，但是酶解的作用趋于缓和，在粒径的提高方面明显不够。用机械法加以辅助酶解，不仅较之化学法污染更小，而且可以获得更小粒径的微/纳纤丝[21]。

本试验采用超声波粉碎仪和高压均质仪间歇处理酶解后的微/纳纤丝。配制浓度为0.05%的酶解后的杨木纸浆纤维溶液100 mL（已达到微米级别，见图2中（a）、（b）和（c）），选用1/2″探头（探入式）、振幅为80 μm、处理时间90 min（分3次）、脉冲时间6 s、脉冲间隔4 s。打开高压均质仪的压力阀，调整压力至1 000～1 500 bar，分3组进行均质，每组5次，每次处理时长约为2 min。超声波处理和高压均质处理为间歇式，即：超声波处理高压均质处理超声波处理高压均质处理超声波处理高压均质处理。

2.3 杨木纸浆微/纳纤丝的表征分析

采用JSM-7600F场发射扫描电子显微镜（SEM），分别对酶解后和超声波/高压均质仪处理后的杨木纸浆纤维的形态进行研究，配制浓度为0.05%微/纳纤丝溶液进行冷冻干燥，48 h后放入扫描电镜下观察，结果如图2所示。

图2中的（a）、（b）和（c）图为酶处理后杨木纸浆纤维的SEM图。从图中可以看出，纤维比较疏松多孔，这说明酶处理已经使纤维的初生壁和次生壁外层脱落。但是团聚现象较严重，分散不均匀，粒径分布大都在10 m左右，如图（c）所示。因此，还需机械力辅助使纤维产生纵向分裂，破坏纤丝与纤丝之间的氢键作用以获得分散均匀、粒径达到纳米级的纳米纤丝。

图2中的（d）、（e）和（f）图为酶处理协同机械法处理杨木纸浆纤维的SEM图。从图中可以看出，经过超声波和高压均质间歇处理后的纤维已经分离成纤丝状。纤维素链上的主要功能基是羟基（—OH），羟基不仅对纤维素的超分子结构有决定作用，而且也影响其化学和物理性能。—OH基之间或—OH基与O—、N—和S—基团能够联接，即氢键。因此，只有纤丝与纤丝间的氢键断裂，才能获得微/纳纤丝。酶处理协同机械法处理纤维正是运用于此，才制备出了如图2中（d）～（f）纳米级的纤丝。如图2中（d）、（e）和（f）所示，纤丝具有较大的比表面积，并且长径比大，图2（f）表明：纤维的直径分布在25～55 nm，宽度方向已经达到纳米级纤丝要求。从图2（d）、（e）和（f）中还可以看出，纤丝表面起毛、分丝帚化，这是因为次生壁中层S2上微纤丝暴露，分离出了细小纤维。

3 结 论

（1）酶处理制备杨木纸浆微/纳纤丝的影响因素按大小依次为：时间、加酶量、料液比，最佳工艺条件为：加酶量30 FPU，处理时间为36 h，料液比为1∶40。

（2）热碱处理去除酶解产物中的蛋白质，纤丝的CrI为84.2%，纤维素含量为95.26%。纤丝的CrI和含量均有所改善。

（3）采用超声波粉碎仪和高压均质仪间歇处理酶解后的微/纳纤丝，获得产物达到纳米级别，从电镜图中可看出，次生壁中层S2上微纤丝暴露，纤丝表面起毛、分丝帚化，分离出了细小纤维。纤维的直径分布在25～55 nm，宽度方向已经达到纳米级纤丝要求。

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第6篇：纤维素水解范文

一、教学目标

1.知识目标

通过糖类的学习使学生掌握糖类的主要代表物葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素的组成和重要性质，以及它们之间相互转化的关系。能举例说明糖类在临床上的用途。

2.能力目标

通过探究实验，体会到实验是学习和研究物质化学性质的重要方法。

3.情感目标

通过对单糖、双糖、多糖代表物的探索实验，培养学生乐于交流、相互协作、勇于承担的精神。

二、教学重点和难点

1.教学重点

掌握糖类重要的代表物葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素的组成和重要性质，它们之间的相互转化以及与烃的衍生物的关系。

2.教学难点

糖类的概念、葡萄糖的结构和性质。

三、教学方法

目标导向法，循序渐进法，教、学、做合一。

四、教学过程

【目标导向】借助PPT先展示本次课的教学目标，接着演示四种含糖食物——糖果、葡萄、红薯、麦杆。它们之间有何联系？

【提问】我们每天吃的主食米饭、馒头、面条中的主要营养成分是什么？为何每天还要吃大量的蔬菜和水果？

学生阅读教材P89，边读边思考。

PPT演示

糖的概念：糖类又叫碳水化合物。

糖的分类：

单糖：葡萄糖、果糖、核糖。不能水解成更简单的糖。

双糖：蔗糖、麦芽糖、乳糖。能水解生成2分子单糖的糖。

多糖：淀粉、糖原、纤维素。能水解生成许多分子单糖的糖。

【实验】学生观察葡萄糖晶体并做葡萄糖溶解实验。区分溶解与水解的不同。

一、单糖——葡萄糖与果糖

（一）葡萄糖的结构与性质

1.物理性质：白色晶体，易溶于水，有甜味。

实验测得：葡萄糖的相对分子质量为180，C、H、O三种元素的质量分数为40%、6.7%、53.3%。

葡萄糖的分子式为：C6H12O6。

【设问】葡萄糖具有什么结构呢？除碳、氢外还含有氧原子，说明它可能含什么官能团呢？是前面学过烃的含氧衍生物醇、酚的官能团——羟基；还是醛、酮的官能团——醛基；或是羧酸的官能团——羧基？还是多种官能团并存。如何鉴别葡萄糖的官能团呢？在教师的提示下，学生分组进行探究实验。

探究内容：葡萄糖的结构特点及性质。具体方法是依据前面学过的内容——烃的含氧衍生物醇、酚、醛、酮、羧酸，由结构决定性质，最终推导出它的结构特点及其应具有的性质。

2.结构简式：CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO。

3.葡萄糖的用途：

（1）临床上：病人往往因疾病导致饮食较少，或者是身体虚弱，通过输液方式补充葡萄糖，有助于人体机能的恢复。1g葡萄糖完全氧化放出约15.6kJ的热量。注射葡萄糖可迅速补充营养。

（2）生活中：可直接使用，补充营养，还有利尿、解毒作用。

（3）工业上：大量用葡萄糖为原料合成维生素C，在印染制革，制镜工业和热水瓶胆镀银工艺中作还原剂。

【小结】葡萄糖是醛糖，具有还原性。

（二）果糖的结构与性质

1.物理性质：无色晶体，易溶于水，有甜味（是所有糖中最甜的糖）

【强调】糖精虽然比果糖还甜，但糖精不是糖。

如何检验果糖是否有还原性？通过实验探究进行。

果糖没有还原性，因为它没有醛基，不能发生银镜反应和与新制氢氧化铜反应，属于非还原性糖。

2.结构简式：CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CO-CH2OH。

二、双糖——蔗糖、麦芽糖、乳糖

【讲述】蔗糖是自然界分布最广的一种二糖，存在于大多数植物体中，甜菜和甘蔗中含量最丰富。麦芽糖主要存在于发芽的谷粒和麦芽中，是淀粉在体内消化过程中的一个中间产物，可以由淀粉在淀粉酶作用下水解而得到。乳糖存在于哺乳动物的乳汁中而得名。蔗糖、麦芽糖乳糖的分子式均为：C12H22O11，三者为同分异构体。

1.物理性质

蔗糖：白色晶体，易溶于水，甜味仅次于果糖。

麦芽糖：白色晶体，易溶于水，有甜味。

乳糖：白色粉末，溶解度小，味不甚甜。

2.化学性质

蔗糖：无醛基，无还原性，但水解产物具有还原性。产物为一分子葡萄糖、一分子果糖。为了加深印象，用一民间歇后语说明：吃甘蔗上楼梯——步步高、节节甜。正是由于水解后产生了最甜的糖——果糖的缘故。

C12H22O11+H2O■C6H12O6+C6H12O6

（蔗糖） （葡萄糖）（果糖）

麦芽糖：（1）有还原性：能发生银镜反应（分子中含有醛基），是还原性糖。

（2）水解反应：产物为2分子葡萄糖。

C12H22O11+H2O■2C6H12O6

（麦芽糖） （葡萄糖）

乳糖：（1）有还原性：能发生银镜反应（分子中含有醛基），是还原性糖。

（2）水解反应：产物为一分子葡萄糖和一分子半乳糖。

C12H22O11+H2O■ C6H12O6 + C6H12O6

（乳糖） （葡萄糖） （半乳糖）

PPT演示：三种双糖的组成示意图

学生自己列表归纳比较葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的结构、物理性质、化学性质以及它们在医药上的用途。

PPT演示：汉堡包中包含的三种多糖：面里面有淀粉，肉里面有糖原，蔬菜里面有纤维素。

三、多糖——淀粉、糖原、纤维素

结构：[C6H7O2（OH）3]n

【提问】我们日常摄入的食物中哪些含有较丰富的淀粉？

【思考】米饭、馒头、红薯等。

米饭没有甜味，但咀嚼后有甜味，为什么？

淀粉是一种多糖，属天然高分子化合物，虽然属糖类，但它本身没有甜味，在唾液淀粉酶的催化作用下，水解生成麦芽糖，故咀嚼后有甜味。

PPT演示：淀粉在体内的水解过程：

（C6H10O5）n■（C6H10O5）m+C12H22O11+C6H12O6

淀粉 糊精 麦芽糖 葡萄糖

【实验】碘遇淀粉变蓝实验。

如何用实验的方法判断淀粉是否已水解及水解程度？由学生设计实验方案。

【讲述】纤维素是绿色植物通过光合作用生成的，是构成植物细胞的基础物质。一切植物中都含有纤维素，但不同的植物所含纤维素的多少不同。纤维素是白色、没有气味和味道的纤维状结构的物质，是一种多糖。水解的最终产物是葡萄糖。

（C6H10O5）n + nH6O■nC6H12O6

小组讨论：

1.人在患病时往往浑身乏力，临床上常采取静脉输液治疗，为什么输液中含有葡萄糖的成分？葡萄糖的浓度是否越浓越好？能否用蔗糖代替？

2.糖尿病人能否吃糖？

3.含纤维素丰富的食物对人体有哪些好处？哪些食物中含有较丰富的纤维素？

【小结】人体摄入最多的糖类物质是淀粉，但食物中的淀粉在人体内不能直接被吸收和利用，而是要转化成葡萄糖才能实现，血液中的葡萄糖称为血糖，血糖浓度的相对恒定对机体有着重要的生理意义。糠尿病人的首要治疗原则虽然是控制饮食，但医生常常提醒病人外出时一定要带几个糖果或含糖的点心，就是为了避免出现低血糖。

纤维素虽然不能直接作为人类的营养食物，但它在人体组织消化过程中起着重要作用。例如：能刺激肠道蠕动和分泌消化液，有助于食物的消化和废物的排泄，减少有害物质与肠粘膜的接触时间，可预防很多疾病，如便秘、痔疮和直肠癌等。还可用于预防和治疗肥胖、糖尿病，缺血性心脏病等。

第7篇：纤维素水解范文

关键词 糠醛渣；啤酒糟；底物诱导；绿色木霉；纤维素酶

中图分类号 TQ92 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）22-0142-03

Studies on Cellulose Production with Trichoderma viride Induced by Mixed Substrates of Furfural Residue and Beer Residue

SHAO Dan JI Li ZHU Li-wei JIANG Jian-xin *

（College of Materials Science and Technology，Beijing Forestry University，Beijing 100083）

Abstract The liquid state fermentation conditions were studied and optimized for cellulase production by Trichoderma viride（CGMCC3.2941）using beer residue and furfural residue as mixed substrates.The results showed that the optimal conditions were as follows：the substrate concentration 2%，the ratio of furfural residue to beer residue 9∶1，fermentation time 11d and fermentation temperature（29±1） ℃.Under these conditions，the filter paper activity，endoglucanase activity，and exoglucanase activity could be reached 0.189 FPU/mL，0.451 U/mL and 0.392 U/mL，respectively，which increased by 45.0%，3.8% and 38.3% contrasted to the substrate without beer residue.

Key words furfural residue；beer residue；substrate induction；Trichoderma viride；cellulase

目前，世界上许多科技工作者都在研究如何有效地利用纤维素类物质来生产燃料乙醇，以解决当前因化石燃料紧缺带来的能源危机。酶法水解纤维素因具有原料来源丰富、生产条件温和、发酵抑制物少等优点而备受关注。但由于纤维素酶活力较低，成本高，限制了纤维乙醇的工业规模推广。因此降低纤维素酶的成本成为生产燃料乙醇的关键之一[1-2]。工业化生产纤维素酶主要有固体发酵法和液态深层发酵法2种[3]。液体深层发酵法相对来说具有生产效率更高、培养条件更容易控制、不易染菌等优点，已经成为国内外生产纤维素酶的主要方法。

糠醛渣是工业上利用富含戊聚糖的木质纤维素（如玉米芯）经过稀硫酸水解生产糠醛后的残渣，主要组分为纤维素和木质素。这种处理方法得到的糠醛渣各组分之间连接疏松、纤维素聚合度小，在一定程度上消除了其对纤维素酶的物理性空间阻隔效应，使酶糖化效率得到提升，非常适合用于生物质乙醇生产[4]。而啤酒糟是啤酒生产中最主要的副产物，主要成分是麦芽壳和未糖化的麦芽，含有许多含氮化合物、多种无机元素及维生素，质地疏松，可以成为液态发酵生产纤维素酶的优良底物[5]。纤维素酶属于诱导酶，由不同的底物诱导绿色木霉产生的纤维素酶系会有所差异，而混合多种木质纤维素底物来诱导生产纤维素酶，可使所产纤维素酶系组分更协调，有利于增强酶系间的协同作用[6]。该研究首次以糠醛渣和啤酒糟作为混合底物，对绿色木霉（CGMCC3.2941）液态发酵产纤维素酶的一些条件进行了考察和优化，对比了混合底物和单一底物所产纤维素酶酶活力的差异，以期为混合底物提高纤维素酶活力和降低纤维素酶生产成本提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验菌株与原料。实验室所用菌株为绿色木霉（CGMCC NO. 3.2941），购于中国微生物菌种保藏管理中心。糠醛渣，取自河北省春蕾集团，初始pH值2.8，使用前先水洗至中性，烘干。啤酒糟，由燕京啤酒集团提供。啤酒糟和糠醛渣使用前，均粉碎过20目筛。糠醛渣水分含量10.33%，啤酒糟水分含量8.33%。

1.1.2 培养基。①种子培养基。试验所用种子培养基为含有2%糠醛渣的Mandles营养盐培养基（糠醛渣8 g，Mandles营养盐392 mL，琼脂8 g）。其中Mandles营养盐配方为：KH2PO4 2 g、（NH4）2SO4 1.4 g、尿素0.3 g、MgSO4·7H2O 0.3 g、CaCl2 0.3 g、FeSO4·7H2O 5 mg、MnSO4·H2O 1.56 mg、ZnSO4 1.4 mg、CoCl2 0.2 mg、蒸馏水1 L[6]。②产酶培养基。糠醛渣产酶培养基：含有不同糠醛渣浓度的Mandles营养盐液体培养基。混合底物产酶培养基：含有不同糠醛渣/啤酒糟（g/g）比例的Mandles营养盐液体培养基。

1.2 试验方法

1.2.1 菌种驯化。挑取菌株平板或斜面上的孢子到糠醛渣固体培养基平板上，（29±1） ℃，培养3 d，此为糠醛渣为底物的第1代菌株，之后挑取第1代菌株的孢子接种到新的糠醛渣固体培养基上，同样条件下培养，为第2代菌株，以此类推，接种到第3代菌株备用。

1.2.2 孢子悬液制备。在平板培养基中加入无菌Mandles盐溶液3～5 mL，将孢子洗脱，该操作可重复多次。然后吸出孢子悬液（用管口带有薄的无菌棉花的吸管）至无菌三角瓶内（含一定量的Mandles盐溶液）。磁力搅拌均匀后，取一定量的溶液于无菌试管中，用生理盐水稀释到适当倍数，用血球计数板计数，使孢子悬浮液浓度达到108个/mL[7]，备用。

1.2.3 产酶培养。将孢子悬浮液接种到糠醛渣产酶培养基或混合底物产酶培养基中，总液体体积为160 mL，在（29±1） ℃，180 r/min摇床中进行产酶培养，并分别在第3、5、7、9、11、13、15天取样，测定粗酶液中的纤维素酶活力。

1.2.4 酶活测定。①滤纸酶活力（FPA）测定。参照农业行业标准（NY/T 912-2004）推荐的标准方法进行测定。将Whatman No.1滤纸条折好放入具塞试管，向管中加入柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.5 mL和待测酶液0.5 mL。然后将试管置于50 ℃水浴中反应60 min。反应完后取出试管迅速加入DNS 1.5mL 终止反应。将试管置于沸水浴中反应5 min，取出冷却后定容至25 mL，并用分光光度计测量管中样液在波长540 nm处的吸光度。滤纸酶活力定义：在50 ℃，pH值4.8，60 min的条件下，以Whatman No.1滤纸为底物，以反应中每分钟水解纤维素形成1 μmol葡萄糖所需的酶量为1个酶活单位FPU。②外切酶活力测定。在具塞刻度试管中加入1 mg/mL对硝基苯纤维二糖苷溶液（pNPC）1.8 mL，加入待测酶液0.2 mL。然后将试管置于50 ℃水浴中反应30 min，取出试管后迅速向各管加入1 mol/L Na2CO3溶液2 mL终止反应，混合均匀后，用分光光度计测定管中样液在波长400 nm处的吸光度[8]。外切葡聚糖酶酶活力定义：在50 ℃，pH值4.8，30 min的条件下，以反应中1 min水解pNPC生成1 μmol pNP所需的酶量为1个外切葡聚糖酶酶活单位U。③内切酶活测定。参照轻工业行业标准（QB 2583-2003）推荐的标准方法进行测定。在具塞刻度试管中加入含1%羧甲基纤维素钠的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.5 mL和待测酶液0.5 mL。将试管置于50 ℃水浴中反应30 min，取出后迅速向各管加入DNS 1.5 mL，终止反应。将试管置于沸水浴中反应5 min，取出冷却后定容至25 mL，用分光光度计测量管中样液在波长540 nm处的吸光度。内切葡聚糖酶酶活力定义：在50 ℃，pH值4.8，30 min的条件下，以反应中1 min水解生成1 μmol葡萄糖所需的酶量为1个内切葡聚糖酶酶活单位U。④纤维二糖酶活测定。在具塞刻度试管中加入1 mL的5 mmol/L对硝基苯-β-D-吡喃半乳糖苷溶液（pNPG）和1.5 mL H2O，然后加入待测酶液0.5 mL。将试管同时置于50 ℃水浴中反应30 min，取出后迅速向各管加入1 mol/L Na2CO3溶液2 mL，然后每管再补加H2O 10 mL，摇匀。用分光光度计测量管中样液在波长400 nm处的吸光度[9]。纤维二糖酶酶活力（CB）定义：在50 ℃，pH值4.8，30 min的条件下，以反应中1 min水解pNPG产生1 μmol PG所需的酶量为1个纤维二糖酶酶活单位U。

1.2.5 底物的XPS分析。用x射线光电子能谱仪（ESCALab250型，Thermo Scientific公司）进行分析。单色器A1 KаX射线激发，X射线源功率为150 W。基础真空约6.5×10-10 mbar。结合能用烷基碳或污染碳的C1（284.6eV）进行校正。

2 结果与分析

2.1 不同底物浓度的糠醛渣产酶培养基对纤维素酶活力的影响

将孢子悬液各10 mL接种到含糠醛渣2%、3%、4%、5%的糠醛渣液体产酶培养基中（含Mandles盐溶液150 mL），于（29±1） ℃，180 r/min条件下进行产酶培养，分别在第3、5、7、9、11、13、15天取样，4 000 r/min离心10 min，测得上清液即酶液的滤纸酶活如图1所示。滤纸酶活力体现了纤维素酶的总酶活力，是外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和纤维二糖酶协同作用的结果[10]。从图1可以看出，底物浓度对滤纸酶活有一定的影响。从整体上看，滤纸酶活力随着底物浓度的增加而逐渐降低。当底物糠醛渣浓度为2%时，滤纸酶活最高，在15 d时，可达到最大值，为0.135 FPU/mL。当底物糠醛渣浓度为5%时，滤纸酶活整体维持在一个较低的水平，略有起伏。这表明随着底物浓度增加到一定程度，产酶显著下降。这是因为底物浓度过高，菌体生长过快，培养液黏度增加，溶解氧减少，影响后期菌丝生长[3]。并且由于底物浓度的增加，使得产生的纤维素酶与底物之间的接触更容易，与底物间的无效吸附作用就越明显，从而使得游离的纤维素酶含量降低，导致滤纸酶活力下降[6]。

从图1中还可以看出，当底物糠醛渣浓度为2%时，滤纸酶活波动最为明显，在7 d时下降明显，从7 d后，滤纸酶活显著上升。这说明此阶段产生的大量纤维素酶吸附在底物糠醛渣上，并将糠醛渣水解为葡萄糖，为菌株后期生长提供了充分的碳源[6]，使得酶活在9～13 d的稳定期之后，再次上升并达到了最大值。试验还同时测定了当底物糠醛渣浓度为2%时培养11 d的内切葡聚糖酶酶活和外切葡聚糖酶酶活分别为0.434、0.235 U/mL。

2.2 混合底物产酶培养基对纤维素酶活力的影响

选取总的底物浓度为2%，糠醛渣/啤酒糟（g/g）比例分别为6∶4、7∶3、8∶2、9∶1的混合培养基，孢子悬液接种后，于（29±1） ℃，180 r/min条件下进行产酶培养。分别在第3、5、7、9、11、13、15天取样，4 000 r/min离心10 min，测上清液即酶液的滤纸酶活、内切葡聚糖酶酶活、外切葡聚糖酶酶活和纤维二糖酶酶活。

2.2.1 不同质量比的糠醛渣/啤酒糟对滤纸酶活力的影响。纤维素酶是一个诱导酶系，在微生物发酵过程中，纤维素的存在对纤维素酶的产生有一定诱导作用[11]。啤酒糟和糠醛渣作为诱导物的同时，也充当碳源。从图2可以看出，无论是混合底物还是单一底物糠醛渣诱导产生的纤维素酶的滤纸酶活，其在培养初期（3～9 d）的变化趋势基本相同，都是在3 d时开始缓慢上升，在5 d时开始下降，7 d时达到最小值，从7 d后开始显著增加，这说明绿色木霉能够很好的适应其生长环境，并有着快速的产酶能力。9 d时，除单一底物糠醛渣诱导的滤纸酶活有所下降以外，其他3种都继续上升，其中，糠醛渣/啤酒糟质量比为9∶1时，滤纸酶活上升程度最大，并且在11 d时达到了最大值，为0.189 FPU/mL。这说明同一菌株，经过不同底物诱导会产生不同的效果。相比单一底物而言，由混合底物诱导产生的纤维素酶，其酶系之间的协同作用和因此体现出的同工酶的作用将更加明显，可以显著提高纤维素酶的总活力。另一方面，混合底物中添加的啤酒糟，还含有各种氨基酸和维生素等微生物生长因子，为菌体生长提供了多种营养物质，因而相比单一底物糠醛渣而言，添加啤酒糟更有利于纤维素酶的生成。

在产纤维素酶的培养基中，还必须注意碳氮比的合理搭配，碳氮比过高或过低都不利于纤维素酶的生长[12]。从图2还可以看到，当糠醛渣/啤酒糟质量比为9∶1和8∶2时，比其他比例混合底物诱导的纤维素酶滤纸酶活增长速率大，并且9 d后，滤纸酶活相对要高很多，这说明混合底物中啤酒糟的相对含量较适宜，在一定程度上达到了优化的碳氮比。

2.2.2 不同质量比糠醛渣/啤酒糟对内切酶活力的影响。纤维素的降解，先是从内切葡聚糖酶作用于纤维素内部的非结晶区开始的，它随机水解β-1，4糖苷键，将长链大分子纤维素水解成大量长度不等的具有非还原末端的小分子纤维素[13]。

从图3可以看出，绿色木霉生产的纤维素内切酶整体上比较稳定。在培养初期，4种不同底物培养基产生的纤维素内切酶活都随培养时间的增加而呈上升趋势。随着反应时间的延长，纤维素内切酶活达到最高值之后呈现下降趋势。从整体上看，当糠醛渣/啤酒糟质量比为9∶1和8∶2时，比其他比例混合底物诱导的内切酶酶活高，在一定程度上体现了适宜的碳氮比，因而内切酶酶活力相对较高。相比混合底物，单一底物糠醛渣诱导产生的内切酶酶活较高并且较稳定，但糠醛渣/啤酒糟质量比为9∶1时诱导的内切酶酶活上升迅速，并在11 d时达到了最大值，而且比单一底物更高，为0.451 U/mL。

2.2.3 不同质量比糠醛渣/啤酒糟对外切酶活力的影响。外切葡聚糖酶主要作用于纤维素的结晶区。它可水解纤维素长链的非还原端，释放出纤维二糖，从而破坏整个纤维素的结晶结构[13]。

从图4可以看到，相比单一底物糠醛渣，4种混合底物培养基诱导产生的外切酶酶活有显著的提高。再次说明了不同底物诱导同一菌株产生的效果不同，并且由于不同酶系之间的协同作用和同工酶的影响，使得纤维素外切酶酶活有了显著的提高。

混合底物诱导的外切酶酶活波动都比较明显，说明外切酶与底物间发生了持续的吸附解析行为[6]。培养后期，外切酶活开始显著下降，可能是由于外切酶和底物之间进行了大量的无效吸附，并且随着纤维二糖的积累，对外切酶有一定的产物抑制作用。糠醛渣/啤酒糟质量比为9∶1和8∶2时，外切酶酶活达到最大值的时间较糠醛渣/啤酒糟质量比为7∶3和6∶4时要长，说明糠醛渣/啤酒糟质量比为9∶1和8∶2时，菌株持续合成外切酶的能力更强，也从另一角度体现了适宜的啤酒糟含量对外切酶合成的促进作用。糠醛渣/啤酒糟质量比为9∶1时，在13 d时达到最大外切酶活，为0.425 U/mL。

2.2.4 不同质量比糠醛渣/啤酒糟对纤维二糖酶活力的影响。从图5可以看出，质量比为9∶1的糠醛渣/啤酒糟混合底物所产的纤维二糖酶酶活整体最高，即该比例的混合底物诱导产生的酶系中，纤维二糖酶酶活最高，7 d时达到最大值，为0.139 IU/mL。与其他3种底物相比，该比例的混合底物所产的内切酶活和外切酶活都较高，并且滤纸酶活在11 d时达到了最大值，为0.189 FPU/mL。这说明了纤维素酶三大组分之间具有的协同作用，其中1个组分的酶活增高，都会导致其他组分的酶活有显著的增加[15]。

2.3 底物化学元素含量的变化分析

进行XPS分析的底物分别为糠醛渣、啤酒糟、糠醛渣与啤酒糟的混合物（糠醛渣与啤酒糟质量比为9∶1）。糠醛渣表面的元素主要有C、O，不含N，啤酒糟表面的元素主要有C、O和少量N。从表1可以看出，糠醛渣与啤酒糟质量比为9∶1混合后，与啤酒糟相比，N质量分数下降了2.25个百分点，与糠醛渣相比，N质量分数上升了0.52个百分点。相应地，底物中的碳氮比也发生了变化，混合物中的碳氮比最大，为144.13。当糠醛渣与啤酒糟以质量比为9∶1混合时，该混合物中碳氮比是绿色木霉CGMCC3.2941产纤维素酶最适宜比例。

3 结论与与讨论

（1）用糠醛渣产酶培养基进行绿色木霉CGMCC3.2941的液态发酵，底物浓度为2%时，所得纤维素酶的滤纸条酶活、内切酶酶活和外切酶酶活都相对较高，当发酵时间为11 d时，可分别达到0.104 FPU/mL、0.434、0.235 U/mL。

（2）用含有糠醛渣与啤酒糟的混合产酶培养基进行绿色木霉CGMCC 3.2941的液态发酵，发现当混合底物中糠醛渣与啤酒糟的比例为9∶1（g/g）时，所得纤维素酶的滤纸酶活、内切酶酶活、外切酶酶活和纤维二糖酶酶活都比较好，并在培养时间11 d时，滤纸酶活和内切酶酶活都可达到最大值，分别为0.189 FPU/mL、0.451 U/mL，此时外切酶酶活和纤维二糖酶酶活也较高，可达到0.425 U/mL、0.139 IU/mL。

（3）选择混合底物比单一糠醛渣为底物诱导所产的纤维素酶性能好。当底物浓度为2%，糠醛渣∶啤酒糟（g/g）为9∶1，培养时间为11 d时，与单一底物诱导相比，混合底物诱导生产的纤维素酶滤纸酶活、内切酶酶活、外切酶酶活分别提高了45.0%、3.8%、38.3%。

4 参考文献

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[13] 章冬霞，亓伟，孙秀云，等.木质纤维素酶水解技术的研究[J].吉林化工学院学报，2009，26（1）：1-4.

第8篇：纤维素水解范文

正当生物燃料的研发在全球如火如荼地进行时，科学家已计划通过改变原材料生长的“环境因素”，来提高生物燃料生产的效率，并降低生产成本。

光生物反应器培养微藻

据物理学家组织网近日报道，西班牙阿利坎特大学聚合物加工与热解研究小组设计并开发了一种光生物反应器设备。这种设备可以有效培养微藻，而微藻在生产生物燃料、农业食品、医药行业等领域都具有较大价值。

据了解，这种光生物反应器设备极易扩大生产规模。研究人员表示，与现有的生物反应器相比，利用二氧化碳与光传输调整藻类生长的环境因素，在大批量生产过程中将需要更少的清洁和维护操作。

众所周知，由于传统化石燃料的负面影响和全球气候变暖现象推动了生物燃料产业的发展。在生物燃料的众多原材料中，藻类具有很多优势：繁殖快、不需占用农业用地、不需要清洁水也可生长，最重要的是藻类产生的藻油可直接转化为生物柴油燃料。根据藻类品种的不同，可以获得抗生素、多不饱和脂肪酸、酶、蛋白质、维生素、甘油三酸脂或抗氧化剂等极具工业价值的产品。

该研究小组负责人安东尼奥·马尔西利亚·戈米斯表示：“原材料起初取自于海藻，近15年来，对微型藻类培养的研究掀起了热潮。人们已将其视为燃料油的替代品。实验证明，通过光生物反应器可以极大地提高微藻产能。”

生物燃料转化的理想温度

据物理学家组织网近期报道，美国劳伦斯伯克利国家实验室利用新技术改进了一种高温酶突变体。这种突变体能够在所需温度范围内具有较好的活性和稳定性。研究表明，重组纤维素酶对于表达酶的活性和稳定性具有深远的影响。这将对生产生物燃料具有指导性意义。

研究人员发现，在65～70℃的环境下从木质纤维素中生产生物燃料是极有效率的。新的技术在此温度范围内提高纤维素酶的能力将纤维素分解为发酵糖。

据了解，该技术采用“B因子”引导诱变方法，增强里氏木霉的内切葡聚糖酶产生的TrEGI热稳定性（里氏木霉是一种重要的生产纤维素酶的菌种）。在高温下，使用纤维素酶水解木质纤维素具有很大优势：在高温预处理下粘度降低；微生物污染风险减少；兼容性增强。这样就具有了较高的固体负荷，还加快了传质和水解速度。

然而，里氏木霉纤维素酶在50℃以上不太稳定，因此使用“B因子”法改善纤维素酶的热稳定性。像所有的蛋白质一样，纤维素酶是由单个氨基酸链连接在一起而成，每一个氨基酸在对应酶中都具有“B因子”值，该数值对应氨基酸的灵活性。具有越高“B因子”值的氨基酸灵活性越好。酶中最活跃的氨基酸在蛋白质热应力下最容易分离。因此通过突变氨基酸固定酶，并降低“B因子”值以支撑结构，进而增强蛋白质的热稳定值。

第9篇：纤维素水解范文

1.1酶解对鸡肉风味的影响

鸡肉风味是鸡制品质量的一个重要指标,在鸡制品中鸡(精)粉由于兼具营养、调味和可接受性广特点,是近几年发展速度最快的固体调味品。鸡肉粉是很多鸡肉风味调味品的主要原料,但由于技术方面的原因,国产鸡肉粉对原料鸡的品种要求高,造成生产成本过高,而用繁育速度快的品种生产的产品则存在风味不足的问题,这些问题使国产鸡肉粉失去了在国内和国际市场的竞争力。通过酶解可以显著提高鸡肉风味,风味蛋白酶和复合蛋白酶的混合比例为4∶1,酶解度为18%~20%时,可以获得最佳的效果。鸡肉经过酶解后制得的鸡肉汤所含的低分子挥发性风味成分的种类和含量远比未经水解的鸡肉制得的多。

1.2酶法水解植物蛋白制备肉味香精

用2%复合胰酶水解豆粕粉制备HVP效果较好,酶解HVP液可进一步通过添加葡萄糖、L-半胱氨酸和DL-蛋氨酸来制备肉味香精,其最佳条件是:在酶解HVP液中添加6%葡萄糖、0.8%L-半胱氨酸和0.4%DL-蛋氨酸,在115℃下反应60min。此条件下,反应液产生了香气强烈而协调的肉味香精。

2食品改良

2.1酶制剂水解大豆蛋白的意义

大豆多肽是以优质大豆蛋白为主要原料,应用高新现代生物工程技术,将分子量为2~35万Da的大豆蛋白水解成分子量主要介于500~1000Da的小分子生物活性肽。其氨基酸组成齐全,八种必需氨基酸的平衡良好,具有较高的营养价值。大豆多肽与传统大豆蛋白相比较,具有无蛋白变性、没有大豆的豆腥味、无残渣、分子量小、易溶于水、且在酸性条件下也不产生沉淀的优点。通过适当控制大豆蛋白的水解度,可以得到在溶解度、起泡能力、乳化能力、保湿性等加工特性方面优于大豆蛋白的大豆多肽。此外,大豆多肽还具有许多独特的生理功能特性,如在人体内大豆多肽比大豆蛋白更易消化吸收,抗原性较低;具有促进人体内脂肪代谢、肌红细胞的复原、增强运动员肌肉的功能;有降压、降胆固醇功能,以及促进发酵,使食品凝胶软化的功能等。

2.2酶对改善茶汤萃取品质的研究

茶汤是指茶叶的水提取液或浓缩液,传统的生产方法是以茶叶为原料,用热水直接进行萃取。此法的缺点是萃取时间长,很多营养成分在高温下失活或挥发,极大地影响了茶汤的风味和品质,可通过加入酶加以改善。酶作为一种高效、温和的生物催化剂,可使茶汤在较低的温度、较短的时间内就能取得好的萃取效果。目前,使用的酶制剂主要有纤维素酶、果胶酶和单宁酶等。单宁酶的作用机理是切断儿茶酚上没食子酸酯键,释放出没食子酸,形成相对分子质量较小的水溶物,从而达到澄清的目的。纤维素酶和果胶酶的作用是破坏茶叶细胞壁,使纤维素降解,果胶溶出。

3功能食品开发

明胶酶解对运动饮料的改善作用:运动饮料的主要作用是补充水分维持体内电解质平衡,补充能量防止低血糖,有助于增强耐力和消除疲劳。运动饮料的主要成分有:水分、维生素、糖类、无机盐、氨基酸、其他物质。通过对现有运动饮料配方分析发现,目前国内运动饮料中比较缺乏氨基酸的加入。运动员进行强大的体育运动时,会出现蛋白质分解代谢增强,细胞膜正常功能失调,细胞酶外泄等现象,为了恢复运动消耗的组织蛋白,修复损伤的组织,或者最大限度地刺激蛋白质的合成,发展肌肉的力量,运动员必须要增加氨基酸的摄入。明胶是从动物的皮和骨中提炼出来的一种原胶蛋白,水解后可得到低分子的多肽,亦称水解动物蛋白。水解明胶含有18种氨基酸及人体必须的多种微量元素,是良好的天然生理活性物质,水溶性好,营养价值高,不含胆固醇,极易被人体吸收,饮用后可使运动员所消耗的氨基酸得到迅速的补充,体能迅速恢复。

4降低原料加工难度

酶技术在鱿鱼脱皮中的应用研究:鱿鱼加工是目前国内水产加工业的一项重要内容,而脱皮处理是鱿鱼加工中主要的工艺环节之一。鱿鱼胴体的质构十分独特,它由表皮、内皮(体腔一侧的皮)及其间的肌肉层构成,其中表皮有四层,内皮有两层,表皮与内皮主要由胶原蛋白状纤维构成。鱿鱼在加工过程中较难解决的是去皮问题(主要是表皮),也称脱皮。国内加工企业有采用人工脱皮的,也有采用机械脱皮的。人工脱皮速度慢,劳动效率低;机械脱皮速度快,劳动效率高,但如果温度、速度、时间控制不当,会影响产品质量。如何既能快速脱皮,又能保证产品质量,是国内鱿鱼加工企业一直期盼解决的问题。自从木瓜蛋白酶的应用研究成功后,解决了鱿鱼脱皮难的问题,并快速得到了广泛的应用。在机械脱皮过程中加入木瓜蛋白酶后,由于蛋白酶的酶解作用,鱿鱼皮和肉分离速度明显加快,脱皮后的肌肉洁白,效果显著。其酶解条件是:木瓜蛋白酶量为鱿鱼量的0.02%~0.025%,热水温度52~55℃,脱皮时间5~7min。

5原料下脚料利用

5.1鱼鳞酶解工艺研究

随着我国渔业的发展,渔业加工也越来越引起人们的重视,但在加工的同时,产生出鱼体总重约30%的下脚料,其中下脚料的5%左右是鱼鳞。鱼鳞含有丰富的胶原蛋白、脂肪(卵磷脂、多种脂肪酸)及多种矿物质、维生素、微量元素等。鱼鳞中的蛋白质经蛋白酶水解,制得的酶解液可用于调味品的生产和功能性食品添加剂,加入不同类型的蛋白酶将鱼鳞中的胶原蛋白大分子进行水解,得到聚合度较小的多肽类和游离的氨基酸,首先一些游离氨基酸和短肽本身具有呈味作用,水解液可以作为调味料的原料。另外在水解过程中还会产生具有特定功能的功能肽,已经有实验证明,鱼鳞蛋白水解液具有抗氧化和降低血压、降低血液总胆固醇、抗衰老等功效。

5.2酶解法提取薯渣膳食纤维的研究

我国是一个农业大国,薯渣资源非常丰富,是潜在的膳食纤维资源,对其加以开发利用,引导人们对健康的消费,变资源优势为经济优势,有利于提高我国薯类加工业的竞争能力,增加薯农收入。在膳食纤维的提取实践中,酸碱法色泽较差,不易漂白,并且在高酸高碱、高温条件下,对提取容器、管道、物料泵的腐蚀相当严重。膳食纤维的提取工艺流程:薯渣干燥粉碎泡洗过滤离心淀粉酶水解过滤漂洗蛋白酶水解过滤漂洗离心烘干粉碎产品。提取的产品总膳食纤维含量达到78%以上,是薯渣粉含量的2.76倍,淀粉含量3.09%,仅为原料中淀粉的1.80%,而蛋白质也只有原料中的14.31%。说明酶解法提取薯渣膳食纤维是完全可行的,其功能特性有待进一步研究。

6天然抗氧化剂开发

6.1番茄红素酶法提取

番茄红素(Lycopene)是类胡萝卜素的一种,是一种很强的抗氧化剂,具有极强的清除自由基的能力,对防治前列腺癌、肺癌、乳腺癌、子宫癌等有显著效果,还有预防心脑血管疾病、提高免疫力、延缓衰老等功效,有植物黄金之称,被誉为“21世纪保健品的新宠”。酶反应法主要是利用番茄皮自身酶或外加酶反应来提取番茄红素,在碱性条件下使果胶酶和纤维素酶发生水解反应,分解果胶和纤维素使得番茄红素的蛋白质复合物从细胞中溶出。日本一专利介绍了利用番茄皮自身果胶酶和纤维素酶反应来提取番茄红素。其工艺为:番茄打浆粉碎加碱调节pH值7.5~9.045~60℃加热搅拌5h过滤除去表皮、种子和纤维等残渣,得提取液将抽提液pH值调整为4.0~4.5,类胡萝卜素凝聚沉淀静置,虹吸除去上部浑浊液,得番茄红素沉淀沉淀调整pH后干燥真空浓缩成品加食盐保存。而Dubodel等人通过外加果胶酶和纤维素酶的方法来提取番茄红素。其工艺流程为:清洗鲜番茄100℃热烫去皮用高速搅拌机打浆粉碎添加0.2%~0.5%的果胶酶、纤维素酶,在50℃条件下处理3h,除去90%的果胶、纤维素等非色素物质离心沉淀用96%的乙醇洗涤、过滤乙醇和植物油提取分离油相、产品。

6.2美拉德反应产物(MRPs)

广州优锐生物科技有限公司组织多名专家和知名学者历时几年的研究,采用美拉德模式体系(Maillard-modelsystem)通过控制一定的反应条件,开发出了美拉德反应产物天然抗氧化剂MRPs。研究表明,这类物质具有一定的抗氧化性能,其中某些物质的抗氧化强度可以和食品中常见的抗氧化剂相媲美。随着褐变反应生成醛、酮等还原性物质,它们对食品有一定的抗氧化能力,尤其是对防止食品中油脂的氧化较为显著。近年来研究表明,MRPs具有很强消除活性氧的能力。Hayase认为MRPs抗氧化性可能是由于美拉德反应的终产物-类黑精具有很强的消除活性氧的能力。Echner等人认为MRPs的中间体———还原酮化合物通过供氢原子而终止自由基的链,并发现MRPs具有络合金属离子和还原过氧化物的特性。MRPs可用氨基酸和还原糖直接反应制得,考虑到生产成本,如果用复合蛋白酶和风味酶降解蛋白质类物质,使之成为含有小分子的多肽和氨基酸的水解液,经过离心分离取得上清液,添加还原糖在一定条件下反应,也能制取MRPs。不仅大大节约成本,同样具有很强的抗氧化能力,而且风味比前者更复杂、逼真。