时间：2023-05-30 09:35:53
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇纤维素水解，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：小麦秸秆；糖化发酵；NaOH预处理
中图分类号：TQ353 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）18-4355-04
第二代生物质乙醇是利用不同的原料如木材、农业或者森林废弃物来生产，纤维素乙醇作为一种重要的可再生能源，具有能够支撑全球能源消耗20%～100%的潜力。在纤维素乙醇的生产过程中非常重要的一步就是将半纤维素和纤维素水解为单糖，目前最具发展前景的水解方法为纤维素酶水解。为了使纤维素酶能够与纤维素有效接触，需要在水解之前对木质纤维素材料进行预处理，解除木质素、半纤维素等对纤维素的保护作用，同时破坏纤维素的结晶结构，增加其比表面积[1]，从而提高纤维素的水解糖化效率。
NaOH溶液的润涨处理是发现最早、应用最广的预处理手段之一，其处理温度和压力都低于其他预处理手段[2]。NaOH预处理打开了交联木质素和木聚糖的酯键，能够部分溶解原料中的木质素、半纤维素，降低纤维素的结晶度，同时增大了木质素材料的比表面积，能够得到较高的酶解糖化率，是一种较为有效的预处理方法[3]。
本试验使用NaOH溶液对小麦秸秆进行预处理，分别研究了NaOH质量分数、小麦秸秆固体含量、预处理时间等因素对小麦秸秆纤维素酶水解过程的影响，得到了最佳的NaOH预处理条件，之后对经最佳条件预处理后的小麦秸秆进行了同步糖化发酵试验，并在电子显微镜下观察了预处理前后的秸秆结构变化，进一步明确了NaOH预处理的效果。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 原料 小麦秸秆取自太湖农村，机器收割，不含秸秆根部和麦穗。
1.1.2 酶制剂 纤维素酶购自Sigma公司，为淡黄色液体纤维素酶。
1.1.3 酵母菌 试验所用酵母为酿酒酵母BY4742， 于4 ℃下保存。
1.2 方法
1.2.1 小麦秸秆预处理 小麦秸秆粉碎后过80目筛，烘箱中55 ℃干燥，设置不同质量分数的NaOH、小麦秸秆固体含量及预处理时间，在121 ℃、0.2 MPa的条件下在高压灭菌锅中进行预处理。预处理结束后冷却至室温，加入适量的稀盐酸调节pH至中性，之后使用高速离心机进行离心并清洗3～5次。预处理后的小麦秸秆于105 ℃烘干，保存于干燥皿中备用。
1.2.2 纤维素酶水解 分别取未经预处理以及经NaOH预处理的秸秆各4.0 g，定容至100 mL，根据本课题组前期研究结果[4]，选取纤维素酶投加量为30 FPU/g秸秆，温度40 ℃，柠檬酸盐调节pH为4.8，共水解120 h，每隔24 h取样1次，离心后取上清液进行HPLC分析。
1.2.3 同步糖化发酵 根据本课题组关于同步糖化发酵条件的研究，分别取未经预处理以及最优条件下NaOH预处理后的秸秆各1.6 g，确定固体含量为0.16 g/mL，纤维素酶投加量为35 FPU/g秸秆，酵母菌浓度8 g/L，柠檬酸盐调节pH为4.0，温度设置为38 ℃，同步糖化发酵120 h，每隔24 h取样分析。
1.3 分析方法
1.3.1 小麦秸秆成分分析 小麦秸秆纤维素、半纤维素和木质素含量的测定采用NREL实验室提供的方法[5]。
1.3.2 还原糖及乙醇含量测定 样品中纤维二糖、葡萄糖、木糖、乙醇浓度采用Shimadzu高效液相色谱分析仪检测，检测器为示差折光检测器，色谱柱为Aminex HPX-87P Column。检测条件：柱温65 ℃，检测器温度60 ℃，流动相为超纯水，流速0.8 mL/min，进样量20 μL。
1.3.3 小麦秸秆结构分析 采用电镜扫描观察。样品在室温风干之后平铺于导电胶上，进行离子溅射金处理45 s，用JSM-7401F场发射扫描电子显微镜观察。
1.3.4 计算公式 纤维素水解产生葡萄糖的化学方程式如方程式（1）所示，理论上，100 g纤维素水解可产生111.1 g葡萄糖。葡萄糖发酵产乙醇的化学方程式如方程式（2）所示，理论上，100 g葡萄糖发酵可产生51.1 g乙醇和48.9 g CO2。由此可知，100 g纤维素理论上可产生56.8 g乙醇。
2 结果与分析
2.1 不同NaOH预处理条件对小麦秸秆酶解效果的影响
2.1.1 NaOH对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验首先考察了不同质量分数的NaOH预处理条件下，纤维素酶水解小麦秸秆的效果。分别以0.25%、0.50%、1.00%、2.00%和4.00%的NaOH溶液预处理已粉碎干燥的小麦秸秆，之后进行120 h的水解试验，并每隔24 h取样进行还原糖含量分析。经不同NaOH溶液预处理后小麦秸秆水解产物中还原糖情况如图1所示。预处理过的小麦秸秆经过酶解后，主要产生了纤维二糖、葡萄糖、木糖3种还原糖，由图1可以看出，随预处理NaOH质量分数的增加，酶解液的还原糖含量逐渐升高，其产量均在NaOH质量分数为1.00%时达到最高，其中葡萄糖含量在酶水解48 h时达到最高，为14.13 g/L。之后NaOH质量分数继续增大时，还原糖产量开始下降，可能因为在预处理过程中NaOH溶解半纤维素和木质素的同时也水解了部分纤维素，还原糖进入了液相，在进行固液分离时损失[6-8]。
2.1.2 固体含量对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验设置预处理时的小麦秸秆固体含量分别为0.025、0.050、0.100、0.150和0.200 g/mL，采用在“2.1.1”方法中确定的NaOH预处理最佳质量分数1.00%对小麦秸秆进行预处理，之后进行120 h的酶解试验，每24 h取样测定其还原糖含量。不同固体含量下NaOH预处理产物中还原糖含量如图2所示。由图2可见，预处理过程中在小麦秸秆固体含量提高到0.050 g/mL时，酶解液中的3种还原糖含量均达到最高。其中葡萄糖在纤维素酶水解48 h时其浓度达到最大值14.13 g/L。之后固体含量继续增大时，其还原糖产量下降。分析其原因可能是预处理过程中固体含量对预处理强度产生影响，固体含量过高时，因NaOH溶液的量相对减少，难以与秸秆充分接触，从而影响了预处理效果[9，10]。
2.1.3 预处理时间对小麦秸秆酶解效果的影响 本试验设置预处理时间分别为15、30、50、60和90 min，采用“2.1.1”方法得到的预处理最佳NaOH质量分数1.00%和“2.1.2”方法得到的最佳固体含量0.050 g/mL对小麦秸秆进行预处理，之后进行120 h酶解，每隔24 h取样测定其还原糖产量。不同预处理时间下3种还原糖的产量如图3所示。
由图3可见，随着预处理时间的增加，小麦秸秆酶解液3种还原糖含量在60 min时达到最大。其中葡萄糖浓度在酶水解24 h后达到最大值15.30 g/L。预处理50 min以上时，NaOH溶液对木质素和半纤维素的溶解基本完成，纤维素充分暴露出来，预处理时间增加到60、90 min时，酶解产生还原糖的浓度变化不大，考虑到增加预处理时间会显著增加能耗，故将60 min确定为最佳预处理时间。
2.2 NaOH预处理对小麦秸秆酶解效果的影响
通过上述试验可以得到NaOH预处理小麦秸秆的最佳条件为NaOH质量分数1.00%，小麦秸秆固体含量0.050 g/mL，预处理时间60 min。将经过预处理的小麦秸秆残渣酶解120 h，其反应进程见图4。
由图4可知，在最佳预处理条件下，酶解24 h时，酶解液总还原糖产量达到最大，为34.65 g/L，其产率为86.61%。而未经预处理的小麦秸秆在酶解刚开始时总还原糖产量便开始下降，最高仅为4.80 g/L，其产率仅为12.01%。最佳预处理条件下的总还原糖产率也明显高于常规的稀碱预处理的总还原糖产率[3]。这是因为NaOH预处理对半纤维素和木质素均有较好的去除效果，解除了木质素和半纤维素对纤维素的保护作用，同时破坏纤维素大分子之间的结晶结构，增大了小麦秸秆的比表面积，改善了底物与纤维素酶的接触效果，同时也有效减少了木质素对纤维素酶的特异性吸附，使纤维素酶可以充分作用于底物，有效提高了小麦秸秆的酶解效果[11，12]。
2.3 小麦秸秆成分分析
使用NREL实验室的方法分别测定未经NaOH预处理的小麦秸秆与经过最优条件预处理过的小麦秸秆成分，结果如表1所示。由表1可见，小麦秸秆在经过了最优条件预处理后，木质素的含量由25.73%降低至11.75%，同时纤维素的含量由39.31%升高至58.84%。表明NaOH能够提高纤维素在底物中所占比例，同时降低木质素等所占比例[13]，有利于后续酶解进程。
2.4 同步糖化发酵结果
未经NaOH预处理的小麦秸秆与经过最佳条件预处理的小麦秸秆经同步糖化发酵后上清液成分如表2所示。
由表2可见，未经NaOH预处理的小麦秸秆由于结晶以及木质结构的保护，酶解过程受到抑制，进而影响了酵母菌对还原糖的发酵。而经过最佳NaOH预处理条件处理后，乙醇的产量大幅上升，由处理前的7.98 g/L上升到38.32 g/L，乙醇产率由22.40%上升至71.70%，无法被酵母菌利用的木糖含量也由处理前的0.80 g/L上升到了12.94 g/L。
由此可见，NaOH预处理不仅能够有效去除木质素，而且基本不影响纤维素[14]，纤维素可以进一步水解并发酵产生乙醇，NaOH预处理是一种高效的木质纤维素产乙醇的预处理方法。
2.5 NaOH预处理前后小麦秸秆结构分析
小麦秸秆粉末在NaOH溶液质量分数为1.00%、固体含量0.050 g/mL、121 ℃、0.2 MPa的条件下预处理60 min，恢复至室温干燥后备用。同时准备一份未经预处理的小麦秸秆粉末，干燥后备用。样品平铺在导电胶上，喷金45 s后用扫描电镜观察，其SEM结果如图5所示。
由图5可见，未经NaOH预处理的小麦秸秆表面光滑，纤维排列比较整齐，没有明显的破损和孔隙，结构致密。经过NaOH预处理后的小麦秸秆的半纤维素、纤维素和木质素的部分结构遭到破坏、分离，纤维和纤维束出现卷曲和折叠，变得柔软疏松，排列凌乱；秸秆表面由预处理前的致密变得疏松，有序排列变得杂乱无章；原来光滑的表面上出现了片状的物质，这可能是溶出的半纤维素和木质素[15]。经过预处理的小麦秸秆的比表面积大大增加，这更有利于纤维素酶的吸附，有利于水解，从而提高了酶水解液中还原糖的得率。
3 结论
1）NaOH预处理小麦秸秆的最佳条件为：NaOH质量分数1.00%，小麦秸秆固体含量0.050 g/mL，预处理时间60 min。
2）经过NaOH预处理的小麦秸秆水解液还原糖得率可提升74.60个百分点。
3）通过SEM观察发现，经过NaOH预处理后，秸秆表面变得粗糙，有利于纤维素酶的吸附及进一步水解。
4）经过最佳条件NaOH预处理的小麦秸秆进行同步糖化发酵其乙醇产率提高了49.30个百分点。
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关键词：纤维素原料；纤维素酶；预处理；水解；发酵；生物能源乙醇；精馏和脱水；产业化
长期以来我国能源生产以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，不仅消耗了大量的自然资源，而且对环境造成了严重污染。根据国家统计局的中国统计年鉴的数据显示，2003年能源生产总量为1．7亿t标准煤，2012年为3．3亿t标准煤，增幅达93％，我国迫切需要一种可再生能源来代替化石能源。在美国、巴西及欧洲已形成新的可再生能源－燃料乙醇产业。随着粮食价格的不断上涨，土地资源日益紧张，以粮食为原料的生物液体燃料技术发展前景并不乐观。而木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，发展纤维素生物乙醇成为我国和其他能源发达国家的必然选择。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，以其作为原料生产生物乙醇是最具发展前景的生产路线，利用现代化生物技术手段开发以纤维素为原料的生物能源，已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容。
1纤维素乙醇主要技术
路线纤维素乙醇的工艺技术路线主要包括预处理、水解、发酵、蒸馏脱水等几大环节。其中关键步骤是酶水解，该过程具有反应条件温和、过程可操纵性、对环境友好等优点。
1．1纤维素原料的预处理方法
目前，纤维素原料的预处理方法可分为物理法、化学法、物理化学相结合法以及生物法等。
1．1．1物理法
常见的物理法预处理技术包括机械粉碎法、高温热水处理法、微波辐射、射线处理等等，该类处理方法操作简单，无环境污染，但需要较高的动力，其耗能约占糖化总过程耗能的60％以上。机械粉碎法：用振动磨等物理外力将纤维素原料进行粉碎处理，可以破坏木质素和半纤维素与纤维素之间的结合层，但是木质素仍然会被保留，其结果降低三者的聚合度，改变纤维素的结晶构造。该处理方法可提高反应性能和提高糖化率，保证酶解过程中纤维素酶或木质素酶发挥作用。高温热水处理法：即酸催化的自水解反应，原理就是在高温（200℃以上）且压力高于同温度下饱和蒸汽压时，使用高温液态水去除部分木质素及全部半纤维素，但高温作用会使产物有所损失，并产生一些有机酸等次级代谢产物抑制酶解与发酵过程。按照水与底物的进料顺序不同，可分为以下3种，即流动水注入、水与物料相对进料及两者平行进料，这3种方式都是利用沸水的高介电常数去溶解所有的半纤维素和1／3～2／3的木质素，但反应需要的pH值要求较高，一般控制在4～7之间，来减少副作用。
1．1．2化学法
稀酸预处理和浓酸预处理：浓酸具有腐蚀性，生产过后需要回收，因此大大增加了成本，所以稀酸水解应用的范围广，稀酸水解一般是在高温高压下进行，稀酸能够断裂纤维素内部的氢键，使得纤维素易水解且提高木聚糖到木糖的转化率，虽然该方法较其他方法比较而言有很高的转化率，但是据Selig等研究表示，在高温条件下（如140℃处理时），在纤维素表面可能会形成一些木质素与碳水化合物复合物形成的球状液滴。碱预处理技术：该方法原理是破坏木质素和碳水化合物之间的连接，破坏生物质的结晶区，使木质素溶于碱液从而促进水解的进行。常用的碱包括Ca（OH）2和氨水等。Chen等采用价格便宜的Ca（OH）2处理TK－9芒草秸秆半纤维素，其水解率大于59．8％，木质素的去除率为40．1％。Kim等发现利用NH4OH、在60℃条件下、采用1∶7的料液比处理废弃秸秆9h可以去除70％～80％的木质素，若酶用量充足，可以将所有的纤维素水解掉。
1．1．3物理化学方法
氨冷冻爆破法：类似于蒸汽爆破法，其区别之处在于氨处理对设备的要求和所需的能耗降低，在蒸煮的过程中加入氨，同时还要注意氨的有效回收，其原理是液氨在50～80℃、1．5MPa条件下，采用物理方法，将压力骤降，使液氨蒸发，使木质素晶体爆裂，破坏木质素与糖类的连接，脱去部分木质素，使得木质素的结构得以破坏，增加纤维素表面积和酶解的可及度。随后向系统加入固液混合物，经过蒸发的氨通过压缩可以得到有效回收。Alizadeh等采用柳枝为原料，将葡聚糖的转化率从20％提高到90％，木质纤维素原料的酶解速率得到较大提高，另外该方法避免了酶的降解，无干扰抑制物的产生，因此处理过后无需处理。
1．1．4生物方法
自然界中有多种能够分解木质素的微生物，其中分解能力最强的是木腐菌，包括3种：百腐菌、软腐菌、褐腐菌。百腐菌能分泌胞外氧化酶包括漆酶、过氧化酶、锰过氧化酶等，因此百腐菌是自然界最主要的木质素降解菌，这些木质素降解酶能有效、彻底地将木质素降解成为水和二氧化碳。
1．2发酵酶解
发酵酶解技术是木质素生产纤维素乙醇技术的关键，国内研究人员经过多年的探索，取得了较好的进展，如生产成本下降，生产工艺流程简化。酶解发酵主要将五碳糖或六碳糖经过微生物发酵同时转化为乙醇。利用木质纤维素原料生物转化乙醇主要有4种途径：分步水解和发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和直接微生物转化（DMC）。
1．2．1分步水解和发酵（SHF）
分步水解和发酵的原理是，2个过程独立进行，其优点就是各步能在各自适宜的温度下（50～55℃酶解，35～340℃发酵）进行，有利于反应完全，纤维素酶首先将纤维素原料水解，再将得到的C5或C6分别发酵生产乙醇，也可共发酵产乙醇，该途径最大的缺点就是酶解过程中的水解产物积累会抑制酶的活性，导致水解不彻底。世界上第一座纤维素乙醇示范装置是加拿大Iogen公司于2004年在渥太华建立的，该公司以纤维素为原料利用SHF工艺，固液分离水解糖，利用工程菌生产乙醇，产能1800t／年。瑞典的O－Vik公司以木屑为原料采用SHF工艺建立的乙醇厂，成本只有0．46欧元。美国的Verenium则以甘蔗渣为原料，采用稀酸水解，采用基因工程大肠杆菌发酵生产乙醇，1t干生物质年产100加仑乙醇。
1．2．2同步糖化发酵（SSF）
同步糖化和发酵，即在同一个反应容器里，纤维素酶解与葡萄糖的乙醇发酵同时进行，微生物能直接利用酶解产生的糖，这样避免了对纤维素酶的反馈抑制作用，SSF是目前生产乙醇最主要的方式，国内外的中试装置上基本都采用此方法，主要代表就是瑞典Lund大学，采用木屑为原料，利用工程酵母发酵，其原料转化率可达90％，提高乙醇产量。在生产过程中，原料在经过预处理之后，加入纤维素酶和酵母共发酵，不能被酶解的木质素则被分离出来，通过再利用提供能量，通过乙醇蒸馏工艺进行回收。
1．2．3同步糖化共发酵（SSCF）
SSCF法是SSF法的改进，最主要的优势在于对戊糖的利用。半纤维素中含有丰富的戊糖，如木聚糖、阿拉伯聚糖，在SSF法中大量戊糖并未能转化成乙醇；如果在发酵过程中接种能够将戊糖转化为乙醇的微生物，将大大提高发酵液中最终乙醇含量。Su等研究发现，利用重组的Zymomonasmobilis发酵玉米秸秆，在SSCF法中，当葡萄糖存在时，缩短了木糖的发酵时间；但葡萄糖与木糖会竞争相同的膜转运蛋白，而且蛋白优先转运葡萄糖，在培养基中葡萄糖含量降低到一定程度后，菌种才开始利用木糖进行发酵。现阶段SSCF法采用混合菌种发酵居多，在下一步研究过程中，应开发能够同时利用戊糖和己糖发酵产乙醇的新菌种。
1．2．4直接微生物转化（DMC）
直接微生物转化又称为统合生物工艺，即原料中木质纤维素成分通过某些能够产生纤维素酶的微生物群生产乙醇的工艺，同时该微生物还能利用发酵糖生产乙醇，这就要求该种微生物同时具有以下3个步骤：产纤维素酶、酶解纤维素、发酵产乙醇。目前，研究最多的就是粗糙脉孢菌和尖镰孢菌这2种真菌，该菌有独立的纤维素酶生产，在有氧和半通氧2种状态下，分别产水解后的底物和发酵糖为乙醇，方法简便，和普遍使用的SSF相比，无需额外酶的加入，能够同时利用五碳糖或六碳糖，具有很广的应用前景。Mascoma公司利用酵母和细菌共同完成产生纤维素酶和发酵产乙醇的工艺步骤，酶生产单元大大减少，在中试装置上使用该技术，降低了成本，减少了费用。
1．3精馏和脱水技术
精馏和脱水技术主要是提纯产物乙醇，其工艺类似于淀粉燃料乙醇的生产过程。精馏和脱水技术可以借鉴淀粉质原料燃料乙醇生产工艺中已经发展成熟的工业化技术，木质纤维素类原料发酵液中乙醇浓度比较低，一般情况下均在5％以下，致使精馏操作能耗高。有研究者建议，在木质纤维素水解液乙醇发酵工艺中耦合渗透蒸发技术来提高进入精馏系统发酵液中乙醇浓度，但是渗透蒸发系统本身的动力消耗也比较大，而且渗透蒸发所用的透醇膜容易被菌体污染的问题也很突出。
2纤维素乙醇发展展望
2．1纤维素乙醇产业化发展的局限
目前，木质纤维素类生物质制备生物乙醇因其在生产、能耗和政策支持3个方面存在问题，不能实现大范围的工业化生产。生产技术方面存在工艺流程和预处理技术2个方面的限制，能源利用率存在成本和产出之比高低问题，以及存在政府是否颁布相应的支持条例的问题。首先，从原料上来看，木质纤维素由于自身坚固的细胞壁结构和难以水解的结晶纤维素，使得生产燃料乙醇需要较高的成本费用，其次，从生产工艺流程来看，制备燃料乙醇要经过预处理、酶解、发酵等过程，在预处理过程中，不同的处理方法针对不同的原料有不同的处理效果，虽然对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处。在水解和发酵方面，一般采用的技术工艺是分步水解和发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和直接微生物转化（DMC）。分步水解和发酵的反应特点是纤维素水解和水解液发酵可以在不同的反应容器中进行，所以两者可以选择适宜条件。其缺点在于，水解产物糖对纤维素酶有反馈抑制作用，使水解不完全，同时在转移产物过程中，由于在不同容器中进行，易造成微生物污染。而SSF则与此相反，在酶水解糖化纤维素的同时加入能产生乙醇的纤维素发酵菌，使两者在同一装置中连续进行，工艺大大简化，又能消除底物葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用。但是也存在局限因素，如木糖的抑制作用、酶解温度和发酵温度不一致等。研究最多的假丝酵母菌、管囊酵母菌能够将木糖转化为乙醇，解决此难题。同步糖化共发酵（SSCF）是由该方法衍生出的新工艺，同样具有广阔应用前景。中国科学院生化工程国家重点实验室陈洪章等在了解了SSF法之后，提出秸秆分层多级转化液体燃料的新构想，在秸秆不经过添加化学药品的低压爆理之后，采用发酵－分离乙醇耦合系统，多级转化燃料乙醇和生物油，降低成本费用和酶的用量，简化生产工艺，提高酶解效率。
2．2纤维素乙醇产业化发展的趋势目前，国外纤维素乙醇产业化研究正进入一个关键时期，中国在这方面也有很好的基础，为了更快地实现产业化，应当吸取国外石油化工的实践经验，坚持生物精炼和乙醇联产的创新模式，促使纤维素乙醇实现产业化。该模式即实现原料的充分利用和产品价值最大化，就是所谓的“吃干榨净”，具体含义指利用玉米生产燃料乙醇，还能生产相关产品，如玉米油、高果糖浆、蛋白粉、蛋白饲料和其他系列产品，这样既提升了纤维素乙醇经济附加值，又能取得良好的经济和社会效益，一举两得。燃料乙醇将很快进入全球的成品油市场，在替代汽油供应方面发挥不可替代的作用。
在未来几年，随着中国对石油进口依赖度加深，扩大国内燃料乙醇产能已经成为必需。但是由于粮食生产乙醇的工艺不适合我国采用，因此，纤维素乙醇研究已经成为目前研究工作的重点。纤维素乙醇研究工作涉及物理、生物工程、化学等多个领域，为了早日实现纤维素乙醇产业化，应当提出相应的发展战略，首先，应该制定生物质能源产业的国家和地方的发展战略，政府应采取鼓励政策继续加大科研资金投入；其次，利用己糖发酵菌种的构建及木质纤维原料生物量全利用等方面来提升纤维素乙醇的经济效益：最后，要建立工业示范装置，为纤维素乙醇产业发展提供实践经验。纤维素乙醇作为主要的生物能源，应加快以纤维素乙醇为核心的综合技术的开发，整合多方力量，实现优势互补，使其在我国能源结构转变中发挥重要的作用。
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关键词：粮粒皮层 纤维素 半纤维素 矿物成 维生素
在粮食中皮层含量一般占6～20%，皮层的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素及蛋白质、脂肪、可溶性糖、维生素、矿物质。其中纤维素、半纤维素的含量占皮层重量的一半以上。矿物质主要集中在皮层，维生素也丰富地含在胚中。在粮粒生长和储藏中皮层起保护胚乳的作用，机械性能较强。在加工成品粮时，精度不同，皮层混入的量不同，营养成分的比例也不同。
首先分析纤维素，粮食籽粒中纤维素含量大约2～10%，主要集中在粮粒皮层。小麦籽粒中纤维素含量为2.3～3.7%，皮层中纤维素含量53%。玉米2.3～2.4%，燕麦为12.6%。就整粒而言，皮壳中含量最多，胚含量较少，胚乳几乎不含。纤维素的一般分子式和淀粉相等，为（C5H1005）n,但n的数值比淀粉大得多，是所有多糖中最大的一种，近一万个葡萄糖残基。纤维素水解后，产生大量的葡萄糖。纤维素分子间以氢键互相结合成微晶束，微晶束间又是非常多的氢键结合，十分牢固。不但机械性能很强，化学性质也很稳定。它不溶于水及各种有机溶剂，也不溶于稀酸和稀碱，即使在热水中长时间煮沸也不溶解，所以不能被人体消化吸收，纤维素虽不溶解于水，但亲水性很强，容易吸水膨胀，利用这一特性加工中能有效去除皮层。纤维素可用高浓度强酸水解，用稀酸水解则需在加压下长时间加热，水解的最终产物为β—D—葡萄糖，因此那些含纤维素很多的粮食加工付产品都可以通过工业水解或反刍动物的肠道变成葡萄糖，直接作为饲料或其他发酵工业的原粮。反刍动物的肠道中有大量能消化纤维素的微生物寄生菌，它能分泌纤维素酶，而纤维素的分解产物葡萄糖则被寄主加以利用，这也是含纤维素多的粮食加工副产品作为饲料的理论基础。
人体消化系统不能分泌纤维素酶类，故不能消化纤维素。因此在粮食加工中务必去掉粮粒外部纤维素很多的皮层，去掉越多，则精度越高。但是从现代营养学的观点来看，人类膳食中都必须含有这种不能消化的纤维素，膳食纤维又称为“第七类”营养素。因为它具有促进肠道蠕动解除便秘，加速毒素排除，防止结肠病变的作用。根据流行病的调查结果，在膳食含有大量纤维素的人群中出现结肠炎和结肠癌的机会要少得多，尤其是中老年人及室内办公人员，活动少肠胃蠕动功能低，故建议食用含些皮层的粗制粮。
纤维素经过适当地处理可制得改性纤维素，如羧甲基纤维素，在食品工业中广泛用作增稠剂；微晶纤维素，在疗效食品中用作无热量填充剂。
半纤维素也是一种多聚糖，常与纤维素在一起，但化学成分很复杂，往往不是一种单糖聚合而成。其水解产物中既有戊糖，又有己糖，还有糖醛酸。所以半纤维素与纤维素在分子组成上不同，它是杂聚多糖，而纤维素是同聚多糖。半纤维素的组成成分随植物种类而异，一般以木聚糖以及木聚糖的葡萄糖醛酸居多。半纤维素与稀酸共热则几乎全部水解，水解的木糖可以制成结晶木糖或木糖浆及糖醛，木糖经过氧化反应生成木糖醇。木糖醇味觉好，甜度大，可作食糖的代用品，也具有一定的医疗作用。在某些方面还能改进食品的质量和有利于食品的保存。半纤维素对家畜来说，消化率可以达到90%，但只有很少一部分被人体消化，因此最好直接用作饲料及工业水解。
木质素，不是碳水化合物，但它在细胞壁中常与纤维素及半纤维素混在一起，是细胞壁特别是木质化细胞壁的主要成分之一。木质素是填充在纤维素的微晶束之间的空隙中，也有一部分木质素与纤维素成结合状态。木质素的细胞都是死细胞，不再起代谢作用，是植物中最稳定的物质，故木质素主要是加强组织的机械强度，增强对腐生菌的抵抗力。
粮食籽粒的皮层含有大量矿质元素，如P,K,Mg,Ca,Fe,Si,Na等及微量矿质元素如Zn,Mn,Ni,As等。这些矿质元素有的是细胞壁或原生质的组成成分。如稻壳中的Si,蛋白质的S，白和磷脂中的P,叶绿素中的Mg,果胶中的Ca及植酸盐中的Ca和Mg等。有的是生物有机体生理活动机能的调节者，如k对于光合作用，Ca对养分运输，Fe对叶绿素的形成都具有调节作用。有的还是酶的组成成分，如Fe是抗坏血酸氧化酶和多酚氧化酶的组成成分，这些元素就成为酶的活化催化剂。总之，矿质元素是一切动植物生长所不可缺少的物质基础之一，尤其以钙和铁用以评定食物中的矿质元素的营养价值。一般情况下，粮粒加工精度越高，皮层除去越彻底矿质元素含量越低，故粗制粮中矿质元素含量丰富些。
还有重要的一类营养素——维生素，它分为水溶性维生素和脂溶性维生素两类。维生素是维持人和动物正常生理功能所必须的一类天然有机化合物。一般不能在体内合成，肠道微生物可合成一些，但远不能满足机体需要，通常由食物来供给，粮食籽粒中的种种维生素大部分分布在胚和皮层中的糊粉层中，胚乳含量很少。加工后大多数维生素转入副产品中，所以加工精度越高，保留下来的维生素越少，专门米白面的人常常容易患脚气病，这就是人们共知的维生素缺乏病。故适当食用粗制粮能最大限度满足人体对矿物质及维生素的需求。
蛋白质和脂肪及可溶性糖也是粮粒皮层的构成成分，但由于它们的来源比较丰富，一般情况都能满足。
综上所述，粮粒皮层营养物质丰富，它既含有不易被人体消化吸收但极具生理功能的纤维素、半纤维素及木质素，还含有其他部位相对缺乏的矿物质和维生素，对人体具有重要的生理功能，故人类膳食细中有粗是必要的也是科学的。
参考文献
[1]王旭峰,何计国,陶纯洁,单秀峰.小麦麸皮的功能及其加工利用现状[J].粮食与食品工业,2006(1):19～22.
纤维素酶是一组复合酶系,通过多种酶的协同作用水解降解纤维素,纤维素酶主要来源于可产纤维素酶的细菌和真菌。其中,由于丝状真菌纤维素酶产量高于细菌和酵母菌等真菌,被广泛应用于纤维素酶产业化生产。作为丝状真菌中的一员,黑曲霉菌高产纤维素酶,且安全、无毒素,在产纤维素酶微生物研究领域,黑曲霉菌是开发、利用最为广泛的真菌之一。近年来,在高产纤维素酶微生物,发酵产酶工艺,应用领域等方面国内外均开展了相关研究,且取得了一定的进展。
1 纤维素酶的组成与催化机制
纤维素酶是由三种不同酶组成的复合酶系,主要包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶或纤维二塘水解酶、β - 葡萄糖苷酶。三种酶通过协同作用将纤维素降解为寡糖和纤维二塘,并最终水解为葡萄糖。内切葡聚糖酶主要作用于纤维素分子的非结晶区,随机水解β - 1,4 糖苷键并产生大量带有非还原末端的小分子纤维,此外,也能水解纤维素的某些基团取代产物,如羧甲基纤维素和羟乙基纤维素等。外切葡聚糖酶主要作用于微晶纤维素分子的还原端和非还原端,水解β - 1,4 糖苷键,从而裂解下二糖分子。β - 葡萄糖苷酶可将纤维二糖和其他可溶性寡糖水解为葡萄糖。
2 产纤维素酶微生物
产纤维素酶的微生物主要包括细菌、真菌和放线菌。放线菌和细菌纤维素酶产量相对较低,放线菌生长缓慢,相关研究较少,细菌纤维素酶多为内切葡聚糖酶,对结晶纤维素无活性,且分离难度较大,影响其产业化开发。高产纤维素酶的真菌主要包括曲霉菌属、木霉菌属、青霉菌属、镰孢菌属和枝顶孢雄属等。其中,丝状真菌是纤维素酶产业化开发与利用的首选微生物。曲霉菌属是丝状真菌中着名的高产纤维素酶菌属之一,而作为曲霉菌属中的一员,黑曲霉菌除高产纤维素酶外,还能合成木聚糖酶、果胶酶、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,可促进生物质的高效降解,且安全、无毒素,其研究与产业化开发也较为广泛。
3 黑曲霉菌产酶工艺与影响因素
由于黑曲霉菌需在低含水量固态发酵底物中生长、传代,其生产纤维素酶工艺通常采用固体发酵法。固体发酵法的最大优点是可以利用木质纤维素废弃物作为发酵底物,且固体发酵法提供的生长环境与黑曲霉菌的天然生长环境相似,更有利于其生长、传代。此外,固体发酵法还具备成本低,工艺简单,酶产物回收率高,能源需求低,污水排放少等优点。主要缺点是发酵过程中温度、pH、营养成分含量等工艺条件的控制与监测较为复杂与困难。另外,国外也有学者改良了黑曲霉菌发酵产酶工艺,Cunha 等选用黑曲霉菌为生产菌,甘蔗废弃物为发酵底物,应用固液连续发酵法生产纤维素酶,研究结果表明,应用固液连续发酵法获得内切葡聚糖酶和木聚糖酶产量高于传统的固体发酵法。
黑曲霉菌纤维素酶产量受到多种因素影响,主要包括发酵培养工艺,产酶诱导因子,菌株产酶效率,发酵设备生产效率等均可影响黑曲霉菌的生长状态,从而影响其酶合成量。其中,发酵培养条件( 如pH、温度、培养基氮源、碳源、阳离子等) 可通过优化实验改良。在固体发酵底物中添加不同种类的纤维素和木质素,乳糖等诱导因子,可在一定程度上诱导黑曲霉菌提高纤维素酶产量。
4 产纤维素酶黑曲霉菌应用研究
黑曲霉菌高产纤维素酶,在乙醇等生物燃料开发领域具有一定应用前景。此外,在食品加工,木质纤维素废弃物降解,动物饲料添加剂等领域也取得了相关研究进展。
4. 1 生物燃料
2010 年我国可收集秸秆资源量约为7 亿t,加上工业和林业纤维废弃物,每年木质纤维素资源总量将超过20 亿t。产纤维素黑曲霉菌可将农作物的秸秆、工业和林业纤维废弃物等木质纤维素原料水解为葡萄糖,用于生产乙醇、有机酸和其他化学制品,从而缓解人们对矿物燃料的依赖。Bjorn 等将甘蔗渣和云杉木水解液作为发酵底物,研究了重组黑曲霉菌D15 菌株的产酶特性,结果表明,重组黑曲霉菌D15 不仅可降解木质纤维素,还可降解和转化其衍生物,如乙酸、呋喃醛、紫锥菊多酚等,有利于酵母菌乙醇发酵,从而促进以木质纤维素生物质为原料第二代生物乙醇工厂的发展。
4. 2 食品加工
在保健食品、果汁和蔬菜汁加工和茶叶加工等领域,国内外学者报道了相关研究。Dhillon 等选用苹果酱、稻壳、藜芦醇、硫酸铜、乳糖等原料配制固体发酵培养基,研究了黑曲霉菌NRRL - 567 纤维素酶粗提液中非特异性壳多糖酶和壳聚糖酶的活性,壳多糖酶和壳聚糖酶活性分别达到了70. 28 U/g 和64. 20 U/g,且保存1 个月后酶活性仍达到92% ~94%。高壳多糖酶和壳聚糖酶活性的黑曲霉菌纤维素酶提取液,可用于生产低分子量壳多糖和壳聚糖低聚体。在保健食品生产方面具有重要的用途。Ajay等从黑曲霉菌DFR - 5 酶液中提纯木聚糖酶,并研究了木聚糖酶与果胶酶和纤维素酶混合物对菠萝汁产量和澄清度的影响。与对照组相比,木聚糖酶试验组菠萝汁的生产率和澄清度分别达到了71. 3% 和64. 7%,均高于对照组( 61. 8% 和57. 8%) 。结果表明,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领域具有一定的应用前景。另外,在茶叶加工领域,黑曲霉菌是普洱茶发酵过程中的优势菌,通过合成多种酶类,促进酚类物质、纤维素、果胶、蛋白质等物质的分解,可一定程度上改善茶叶感官特性,缩短加工时间,提高茶叶品质。
4. 3 木质纤维素废弃物降解
纤维素类城市固体废弃物作为一类可再生生物质,其资源量巨大,可用于生产纤维素酶,Gautam等选用城市固体废弃物作为碳源,研究了黑曲霉菌和木霉菌纤维素酶活,固体废弃物、蛋白胨、酵母提取液为最理想的碳源和氮源,黑曲霉菌和木霉菌培养物中酶的总量比其他真菌高40% ~ 60%。结果表明,纤维素类城市固体废弃物作为一种碳源,可由黑曲霉菌和木霉菌降解、利用。此外,黑曲霉菌还可降解农作物秸秆、甘蔗渣、椰壳废弃物等纤维素废弃物资源,合成纤维素酶,变废为宝,从而减少资源浪费,降低环境污染。
4. 4 动物饲料添加剂
由于黑曲霉菌安全,无毒素,且高产纤维素酶,在动物饲料添加剂研究与应用领域,已引起国内外学者的关注。Chandra 等分别以牛落花生饲草、麦麸、米糠、锯屑等木质纤维素作为固体发酵底物,研究了黑曲霉菌滤纸酶活、羧甲基纤维素酶活和葡萄糖苷酶酶活,比较了各种底物发酵前后蛋白含量。其中,黑曲霉菌发酵落花生饲草和麦麸底物后滤纸酶活、羧甲基纤维素酶活、β - 葡萄糖苷酶酶均显着高于其他实验组。此外,发酵后的牛落花生饲草蛋白含量有所提高。结果表明,黑曲霉菌可发酵牛落花生饲草、麦麸等木质纤维素合成纤维素酶,且提高了牛落花生饲草营养价值。张福元等研究了黑曲霉发酵玉米秸秆产纤维素酶及降解基质的营养条件,优化营养条件后可使黑曲霉菌株产CMCase、FPase 酶活性达到最高。此外,经黑曲霉菌发酵后,玉米秸秆粗蛋白含量提高了1. 2 倍,粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量分别下降了34%、19%、23%。结果表明,黑曲霉菌可发酵玉米秸秆合成纤维素酶,且提高了玉米秸秆营养价值,为玉米秸秆青贮、黄贮发酵饲料的产业化开
发和应用提供了科学依据。 5 小结
关键词 活性添加剂；沼气发酵；产气率
中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）20-0197-01
沼气发酵是一个多菌群在厌氧条件下共生代谢、使有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程[1]。在厌氧消化过程中，沼气产量与各种水解酶活性呈正比关系。水解酶包括脂肪酶、纤维素酶、淀粉酶等。有研究表明，要加快发酵原料中纤维素的降解速度，明显提高沼气产量，可采用适量添加水解酶的方法[2-4]。有机废物是发酵所用的主要原料，包括有机垃圾、人畜粪便等，具有淀粉、蛋白质、脂肪、纤维素等有效成分。发酵过程开始这些成分也随之进行水解，整个发酵的速度由其决定，而水解的速度由各种成分对应的酶活决定。由此可见，水解酶活与沼气产量存在直接关系。因此，维持沼气发酵系统中的一定水解酶活力，有利于提高沼气产量和原料的利用率。该文主要研究活性添加剂对沼气发酵产气率的影响，以为借助生物酶的手段提高原料产气率和利用率提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试菌种：以前期研究中收集的混合菌种进行初步筛选得到的水解性混合菌种作为菌种。发酵原料：新鲜的猪粪。
1.2 试验方法
1.2.1 活性添加剂的制备。以麦麸和米糠作为培养基原料，加水至原料含水60%～70%，发酵原料搅匀后接入5%左右的混合麸曲种，搅匀装入簸箕中，装入簸箕的料量厚5～7 cm；上架摆放，上面扣盖相同大小的簸箕，于室温下培养3～4 d，其间翻料1～2次；翻料时，不宜把料弄碎，应成块状进行翻料降温；发酵完毕，风干至水分含量低于5%。各簸箕发酵产物集中混合均匀后，取样分析各酶活值[5-6]。
1.2.2 添加剂对产气量的影响。以猪粪为试验原料，用12套装置在实验室开展试验，将配制好的发酵料液混合均匀后分装在发酵瓶中，在室温下进行批量发酵，每瓶装入发酵料液800 mL。3 d后产气正常，将12套装置随机分为4组，每组设3次重复，设1个对照组，不加添加剂，第1、2、3组分别加入占发酵料液质量分数0.005%、0.010%、0.020%的添加剂，具体试验设计见表1。在试验过程中，记录每天的产气量，试验共进行30 d。
1.2.3 添加剂酶活性的测定。主要测定添加剂中糖化型淀粉酶、纤维素酶和半纤维素酶的活性。
2 结果与分析
2.1 添加剂的酶活性
利用筛选的混合菌种制备出沼气发酵添加剂，经测定，各混合水解酶活性见表2。从表中数据可以看出，对混合菌种进行筛选和驯化可制备出酶活性较高的沼气发酵活性添加剂。
2.2 添加剂对沼气发酵产气量的影响
试验共开展了30 d，活性添加剂对猪粪产沼气的影响见图1。可以看出，CK总产气量为2 634 mL，添加添加剂0.005%的第1组总产气量为2 823 mL，产气量比CK增加7.18%；添加添加剂0.010%的第2组总产气量为3 063 mL，产气量比CK增加16.29%；添加添加剂0.020%的第3组总产气量为3 103 mL，产气量比CK增加17.81%。研究结果表明，添加发酵添加剂后对沼气发酵环境是有益的，产气量有所增加。
3 结论
（1）对混合菌种进行筛选和驯化制备出酶活性较高的沼气发酵活性添加剂，糖化型淀粉酶的酶活为55 000 mg葡萄糖/g·h，纤维素酶的酶活为1 700 μg葡萄糖/g·min，半纤维素酶的酶活为8 400 μg木糖/g·h。
（2）试验研究结果表明，添加0.005%、0.010%和0.020%的活性添加剂，产气量比不加添加剂分别增加7.18%、16.29%、17.81%，说明沼气发酵活性添加剂对提高产沼气量有促进作用。
4 参考文献
[1] 路娟娟，张无敌，程洁红，等.甘蔗渣沼气发酵过程中酶活力与产气量的动态关系研究[J].江苏技术师范学院学报，2010，16（6）：43-47.
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[4] 刘士清，刘伟伟，马欢，等.农业生物环境中基础酶技术研究法修建探讨[J].农机化研究，2008（10）：162-166.
【关键词】 纤维素酶；生物学研究；生物学应用进展
doi：10.3969/j.issn.1004—7484（x）.2012.10.659 文章编号：1004—7484（2012）—10—4174—02
纤维素酶由多种水解酶组成，既能在大自然中合成，也是我国四大工业酶种工业合成的重要组成部分，它是一种可再生的、可持续发展的酶，它的主要作用就是催化纤维素转化成葡萄糖，纤维素酶普遍存在于大自然中，很多真菌能够分泌，纤维素酶多年来也广泛的应用于我国的食品工业、制酒工业以及纺织工业中，对我国发展具有极大的促进作用。近年来，随着生物工程的发展，对于纤维素酶分离纯化、克隆以及其结构的研究已经成为人们研究的热点以及要解决的难点问题。本文主要分析了纤维素酶组分、基因结构、克隆及表达、作用机理、纤维素酶生活中应用以及进展研究。
1 纤维素酶组分
窦全林1等对于不同真菌产生的纤维素酶性质以及种类做了研究，狭义上一般分成纤维二糖水解酶、内切葡聚糖酶以及β葡糖苷酶，内切葡聚糖酶是最初破坏纤维素链并且起作用的酶，纤维二糖水解酶经内切葡聚糖酶激活之后的酶，β葡糖苷酶可以分解纤维二糖，使之成为葡萄糖。通过三种酶的共同作用，能够成功时的纤维素分解，变成葡萄糖，三者称为完全纤维素酶系。
2 纤维素酶基因结构
真菌编码纤维素酶的基因主要在染色体上面，并且随机分布，形成基因簇，各具备自己的转录以及调节相应的单位，转录单位叫做转录终止子，但是目前纤维素酶基因结构上的主要启动因子还不是很明了，值得进行进一步研究。
3 纤维素酶克隆及表达
陈小坚等对纤维素酶克隆及表达进行了研究，纤维素酶克隆及表达主要包括获得高产菌株以及基因、选择宿主、构建表达载体、进行转化等四大阶段。首先是获得高产菌株以及基因，对微生物进行筛选，选出高产菌株，实施诱变措施进行诱变，然后是获得基因，如果已知基因序列的情况下，可以从基因组中调出，未知的情况下，可以从自然界中进行微生物分离以及培养，选择基因进行克隆。其次，真菌是比较好的表达宿主，可以达到分泌蛋白量，进行乙酰化以及糖基化，获得纤维素酶的正确表达，获得很高的蛋白产量。再者是构建表达载体，对筛选方式、转化以及表达的方式以及载体进行构建，争取能够启动强启动子，实现基因转录，提高启动子效率，表达目标蛋白，提高目标蛋白产量。最后是进行转化，主要的转化方式有氯化锂、原生质以及农杆菌等转化方式，有效提高转化率。
4 纤维素酶作用机理
陈燕勤2等对纤维素酶作用机理进行了探讨，在1954年，GiIIigan等学者提出了纤维素酶能够有效的促进纤维素酶的分解的观点，并且复合分解的效果大于单独分解的效果。此后年间，更过的学者对于这种作用进行了证明，证明方法包括电子显微镜以及多种菌种的纤维素酶的应用。随后，Faterstam等发现，纤维二糖水解酶的分解作用是一般的单组酶的两倍之多，并且分解的时候，与内切葡聚糖酶具有协同的作用，随后更多的学者证明了这种理论，目前，专家以及学者们对于这种协同作用理论也大多呈认可或者不反对状态，具体还要做进一步研究。
5 纤维素酶生活中应用
李燕红3等已经对目前纤维素酶生活中应用做了一个比较系统的研究，从1995到2005年，2005年工业上酶使用已经为1995年的三倍，主要来源为美国以及日本，这两个国家是纤维素酶应用的两大巨头，目前纤维素酶以及被广泛的应用于我国的制酒、纺织、饲料以及食品业中，并且对于我国工业起到了极大的推动作用，首先在食品工业中，一方面，主要是进行橄榄油以及果蔬汁的榨取，去除掉果汁以及蔬菜汁的沉淀物，促进谷物水分吸收，去除豆子中的豆衣，实现谷物蛋白以及淀粉的成功分离等。另一方面，纤维素酶可以用于提取纤维寡糖等可溶性糖，脱离细胞壁，取出有用的蛋白等。
其次在制酒工业中，主要有力于葡萄酒以及啤酒的制造，利用纤维素酶，能够促进水解制酒过程中葡萄汁以及大麦汁，有效的分解沉淀物，提高过滤的效率，增加酒香，提高酿酒的效率，促进酿酒业的发展。
再者是在纺织行业中，纺织行业纤维素酶的应用仍然属于比较新兴的应用，主要用于抛光以及打磨两个阶段，日常应用范围也比较广，主要是能够有效的取出衣物表面存在的碎纤维，方便家庭日常的洗涤工作，通过抛光以及打磨两个阶段，提高衣物光泽。
最后是饲料行业。这个行业我我国农业的基础，是保证满足16亿人口大国温饱的关键环节，而纤维素酶又是其中的重点问题，纤维素酶加入到饲料当中，能够起到很好的补充作用，增强动物体能，防止动物反刍事件发生。除此以外，还能通过应用在纤维素物质如去掉谷物壳等中，有效提高动物消化的效率，并且分泌相应的物质，促进动物体内的粗糙粮食得到消化以及吸收。
当前，无论是能源问题还是食品问题都是建设中要解决的重点以及难点问题，纤维素酶作为一种生物工程主要建设工业酶，其成功的提取以及应用，对于保证我国解决能源以及食品问题，促进我国农业发展有着空前意义，纤维素酶凭借其价格以及成本低廉、应用广泛、使用方便等特点，已经成为人们关注的热点话题之一，只有加强对纤维素酶组分、基因结构、克隆及表达、作用机理、纤维素酶生活中应用以及进展进行研究，才能使得各环节出现的问题得到很好的改善，促进各个环节的完善，使得纤维素酶克隆及表达顺利，实现成功的合成，并且利用纤维素酶，为我国的农业、纺织业、制酒业以及饲料行业做出贡献，随着发展的深入，扩展纤维素酶使用的范围，促进纤维素酶的发展，使其使用范围深入到我们生活的各个方面，为我们生活做出贡献。
参考文献
[1] 窦全林，陈刚.纤维素酶的研究进展及应用前景.畜牧与饲料科学，2006，27（5）：57—61.
关键词：园林废弃物；纤维素；降解；鉴定
园林废弃物包括落叶、枯枝等，是城市园林绿化过程中常见的生物质废物，其主要成分是纤维素。为提高园林废弃物利用效率，分离和筛选具有高效纤维素降解能力的降解菌株具有重要意义。目前，国内外关于纤维素降解的研究很多，包括单一高效菌株的筛选、鉴定及改造[1]，菌种的产酶性能、作用机理及应用效果[2-7]，复合菌株的研究等[8-9]。例如，张梦君等[1]从高海拔的植物根际土壤中筛选具有高效降解纤维素能力的低温真菌，得到可在低温条件下生长且有较强降解能力的菌株；赵钰[2]从腐殖土中筛选出具有降解纤维素酶能力的放线菌，测定其酶活及其影响因素；孟建宇等[9]对酶活性高的菌株构建复合系，测定其滤纸降解能力，发现复合菌的降解能力是单菌株的5~10倍。因此，本研究的主要目的是筛选并获得高效园林废弃物降解菌株，并在此基础上与同类降解菌进行比较分析，可为进一步开展高效园林废弃物降解菌种制备提供基础和技术支持。
1材料与方法
1.1试验材料
1.1.1样本。对园林废弃物堆积的腐殖土壤（0~20cm土样）及腐烂的树叶进行取样，作为供试样本。1.1.2培养基与试剂。沙氏培养基配方为蛋白胨10g、葡萄糖40g、琼脂15.0g、氯霉素0.1g、蒸馏水1000mL；LB培养基配方为琼脂20g、胰蛋白胨10g、酵母粉5g、NaCl5g、蒸馏水1000mL；CMC-Na培养基配方为CMC-Na15.0g、酵母粉5.0g、KH2PO41.0g、琼脂2.0g、MgSO40.5g、NaCl5.0g、蛋白胨10.0g、蒸馏水1000mL，调节pH值至7.2；产酶培养基配方为CMC-Na15.0g、酵母粉5.0g、KH2PO42.0g、蒸馏水1000mL，调节pH值至7.0。培养基均为121℃灭菌25min后使用。试剂包括二硝基水杨酸（DNS试剂）、刚果红染色剂等。试验所用试剂均为分析纯。1.1.3主要仪器设备。试验仪器包括恒温振荡培养箱（上海智城分析仪器制造公司）、珠江牌培养箱（韶关市泰宏医疗器械有限公司）、立式高压蒸汽灭菌锅（上海申安医疗器械厂）、超净工作台（上海智城分析仪器制造公司）、高速冷冻离心机（铂金埃尔默企业管理上海有限公司）、酶标仪（铂金埃尔默企业管理上海有限公司）、旋涡混合器（海门市其林贝尔仪器制造有限公司）。
1.2试验方法
1.2.1园林废弃物降解菌的分离与筛选。（1）菌株分离。将采集的土样、腐烂落叶置于无菌水中，振荡均匀，稀释成一系列不同稀释度，取10-3、10-4、10-5、10-6稀释液100μL，分别涂布于沙氏培养基和LB培养基，每个梯度重复2次。LB培养基置于37℃培养24h，沙氏培养基置于28℃培养72h。待长出菌落后，挑选单菌落接种于CMC-Na培养基上进行初步分离，CMC-Na培养基上分离得到纤维素降解菌株55株，将细菌编号为1~40号、真菌编号为41~55号。细菌、真菌分别于37℃和28℃培养48h。（2）菌株筛选。菌株初筛采用刚果红染色法，用1mg/mL刚果红染液染色1h，弃去染液，加入1mol/LNaCl溶液脱色1h。纤维素降解菌的位置会形成透明圈，选出具有水解圈的菌株共计15株。复筛采用产酶培养菌液，然后分别测定菌液内切型-β-葡聚糖酶活力（CMC酶活）、外切型-β-葡聚糖酶活。（3）CMC酶活的测定。以1%羧甲基纤维素钠溶液作为底物，测试组选取1%羧甲基纤维素钠1mL加入pH值=4.5的柠檬酸缓冲液0.5mL、粗酶液0.5mL，于50℃水浴锅中反应30min。中止反应后，加入DNS试剂1.5mL，将各管摇匀，沸水浴5min，取出。待冷却至室温后，定容至20mL，加塞，颠倒混匀，并测量其在540nm下的OD值。空白组不进行50℃水浴，先加DNS以钝化酶活，其他操作都与测试组相同。以每分钟生成相当于1μg的葡萄糖为1个酶活单位。（4）外切型-β-葡聚糖酶活力的测定。在试管中加入1%微晶纤维素底物溶液和缓冲液0.5mL，再加入酶液0.5mL，于50℃水浴锅中反应30min。中止反应后，与CMC酶的处理方式相同，在540nm下测定其OD值。空白组不进行50℃水浴，先加DNS用于钝化酶活，其他操作都与对照组相同。以每分钟生成相当于1μg的葡萄糖为1个酶活力单位。1.2.2纤维素降解菌鉴定。纤维素分解菌14、20、28、29、30、38号等菌株16SrDNA序列及系统发育分析。利用DNA提取试剂盒（OmegaSoilDNAKit）提取菌株基因组DNA，并以此DNA为模板，分别利用16SrDNA通用引物27F（5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′）、1492R（5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′）、ITS3（5′-GCATCGATGAAGAACGCAGC-3′）和ITS4（5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3′）进行PCR扩增。PCR的反应体系为用量50μL，DNA模板1μL，10×Tagbuffer5.0μL，上、下游引物各1μL，dNTP1μL，Taq酶1μL，无菌去离子水40μL。反应程序为94℃预变性5min，94℃变性30s，52℃退火30s，72℃延展1min，72℃再次延展8min，共30个循环。取PCR产物5μL在1.5%琼脂凝胶上进行电泳检测，然后送至赛默飞世尔公司进行测序。将得到的序列在NCBI中进行Blast比对，并在GenBank数据库中获取相似性较高的16SrDNA序列，然后利用MEGA7.0版本软件进行聚类分析，构建系统发育树，进行同源性分析。
2结果与分析
2.1纤维素降解菌的筛选
2.1.1初筛。从降解菌菌株的刚果红染色结果（表1）看出：水解圈直径较大的为52号和4号菌株，形成的水解圈直径分别达到36.00mm和48.00mm；水解圈与菌落大小（直径）比值较大的为20号、39号菌株，比值大小分别为7.00和6.00。对水解圈比值较大的10株菌株进行复筛。2.1.2复筛。测定上述10株菌株（4号、14号、20号、28号、29号、30号、31号、38号、39号、51号）的粗酶液酶活，并进行复筛。CMC酶活和外切型-β-葡聚糖酶活测定结果见图1。由图1可知，这10株纤维素降解菌株中CMC酶活最大的为51号菌株（48.8U/mL），其次为4号菌株（40.1U/mL）、39号菌株（38.2U/mL）、31号菌株（37.7U/mL）、14号菌株（34.5U/mL）。外切型-β-葡聚糖酶活最大的是51号菌株（6.6U/mL），其次是28号菌株（6.2U/mL）、4号菌株（6.0U/mL）、20号菌株（5.2U/mL）。
2.2菌株的鉴定
提取4号、14号、20号、28号、29号、30号、31号、38号、39号、51号共10株菌株的总DNA，成功提取6株菌株的DNA。利用16SrDNA通用引物扩增后外送测序，最终成功获得4株菌株拼接序列，即14号、20号、29号和30号菌株。对各菌株及其相近序列进行建树，结果见图2。由图2可知，系统发育树的各节点自展值高于70，该系统发育树可信。14号菌、29号菌与假蕈状芽孢杆菌（ACMV01000212）聚为一支，且可信度达到100%，初步可断定14号、29号菌株为芽孢杆菌属（Bacillusspp.）。20号菌株与假单胞菌（LT718459）、蒙特氏假单胞菌（NR114224）聚为一支，可信度达到79%，可将20号菌株初步归为假单胞菌属（Pseudomonassp.）。30号菌株与3株泛菌（NR118857、KJ427829、MG450362）聚为一大支，与其中的泛菌（MG450362）聚为一小支，可信度达100%，30号菌株可初步判定为泛菌属（Pantoeasp.）。
3结论与讨论
【摘要】
目的研究黄姜皂素清洁生产工艺。方法采用预发酵法、分离法、酶解法、预发酵-黑曲霉发酵法、双分离法等提取黄姜皂素。结果双分离法的纤维素的平均得率为46.36%，淀粉的平均得率为32.75%，黄姜皂素的平均得率为预发酵法的86.47％，但酸用量为预发酵法的8.33%。结论双分离法为黄姜皂素清洁生产工艺，资源利用程度高，且生产周期缩短。
【关键词】 黄姜； 皂素； 淀粉； 纤维素； 清洁生产
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，难溶于水，易溶于苯、氯仿等有机溶剂，是一种重要的甾体激素药物合成原料，主要用于脑体激素类药物的合成，如黄体酮、抗多灵、口服避孕药等药物合成原料，在医药生产中具有十分重要的应用价值，有“药用黄金”的美称［1］。目前工业上生产黄姜皂素一般先经自然发酵，再进行酸水解和溶剂浸提，该法使占原料重量约45%～50％的淀粉基本未加利用［2］，且经过酸水解后产生的大量废水给环境造成很大的污染。本研究比较了7种黄姜皂素的生产工艺，确定了黄姜皂素清洁生产工艺，为黄姜的综合利用及黄姜皂素生产造成的环境污染的解决奠定一定的实验基础。
1 材料与方法
1.1 材料黄姜由咸阳绿世纪公司提供。黑曲霉菌种由实验室提供。石油醚（30～60℃）、盐酸。
1.2 方法
1.2.1 预发酵法提取黄姜皂素工艺流程： 鲜黄姜 选择、清洗 粉碎 预发酵 酸水解 中和 减压抽滤、洗涤 干燥 提取 干燥 石油醚冲洗 皂素
1.2.2 分离法提取黄姜皂素［3］
1.2.3 酶解法提取黄姜皂素［4］工艺流程： 鲜黄姜 选择、清洗 粉碎 酶解发酵 抽滤 酸水解 中和 减压抽滤、洗涤 干燥 提取 干燥 石油醚冲洗 皂素
1.2.4 预发酵-黑曲霉发酵法提取黄姜皂素［5］工艺流程： 鲜黄姜 选择、清洗 粉碎 预发酵 黑曲霉发酵 抽滤 酸水解 中和 减压抽滤、洗涤 干燥 提取 干燥 石油醚冲洗 皂素
1.2.5 酶解-黑曲霉发酵法提取黄姜皂素工艺流程： 鲜黄姜 选择、清洗 粉碎 酶解发酵 高压灭菌 黑曲霉发酵 抽滤 酸水解 中和 减压抽滤、洗涤 干燥 提取 干燥 石油醚冲洗 皂素
1.2.6 双分离法提取黄姜皂素
工艺要点说明：① 将粉碎过的黄姜料液用120目滤布挤压过滤，并冲洗纤维渣至滤液无色，使渣浆分离，静置浆液4 h。此时，可观察到该浆液分3 层，上层清液，中间一层为悬浊液，下层为淀粉沉淀。收集淀粉沉淀，用清水冲洗1～2遍，干燥，称重，并干燥纤维渣，称重。② 在3 000 r/min以上的离心速度离心悬浊液10～15 min，收集沉淀。
1.2.7 双分离-悬浊液预发酵法
2 结果
2.1 黄姜各组分皂素含量情况将纤维素渣、淀粉、悬浊液分别酸水解，再提取。结果见表1。
表1 双分离法提取黄姜皂素（略）
由表1可知，淀粉层、纤维素及上清液中没有提取出皂素，可知皂素全部集中在悬浊液中，提取皂素只需加工处理悬浊液即可。
2.2 7种工艺的比较将7种工艺在淀粉得率，纤维素得率，用酸量及皂素得率等方面进行比较，结果见表2。
由表2可知，双分离法和双分离－预发酵法的淀粉得率分别为32.75％和30.81％，而分离法的淀粉仅为9.36％；双分离法和双分离－预发酵法的纤维素得率分别为46.36％和33.56％，其余工艺都没有得到副产物淀粉和纤维素，没有综合利用黄姜，双分离法的皂素得率为86.47％，而双分离－预发酵法的皂素得率仅为60.81％，可见从资源的综合利用、皂素得率及用酸量比较可知，双分离法为最佳清洁生成工艺。
表2 7种工艺的比较结果（略）
2.2.1 不同工艺相对用酸量的比较见图1。
由图1可明显看出，在7种工艺中，双分离法及双分离-预发酵法的酸用量最低，均为预发酵法的8.3％，而分离法所需酸量最大，为预发酵法的133％，其余几种工艺用酸量和预发酵法相同。
2.2.2 不同工艺皂素得率的比较见图2。
图1 不同工艺相对酸用量的比较（略）
图2 不同工艺黄姜皂素相对得率的比较（略）
由图2可知，预发酵-黑曲霉发酵法的皂素得率很高，但其酸用量不能减少，不能实现清洁生产的目的，且生产周期长。分离法、酶解法、酶解-黑曲霉发酵法等法的得率都比双分离法略高，但都没有减少用酸量。双分离法得率为预发酵的86.47％，但酸用量仅为预发酵的8.33％，且不需要预发酵，可缩短生产周期，另外可得到大量的淀粉和纤维素，基本实现了黄姜的综合利用及清洁生产。
3 结论
通过对7种工艺的比较，综合考虑各工艺的酸用量、淀粉得率、纤维素得率以及皂素得率等方面，确定双分离法为最优工艺。
双分离-酸水解法的工艺条件：将粉碎的黄姜过120目筛分离纤维素，滤液静置沉淀4h分离淀粉，再将分离淀粉后的悬浊液离心(3 000 r/min，10 min)取沉淀物，沉淀物酸水解4 h(1 mol/L盐酸，121℃)，水解物经减压抽滤冲洗至中性后用石油醚(沸程30～60℃)索氏抽提6 h(回流速度为7～8 min/次)，抽提物用回收的石油醚冲洗至白色，干燥得成品。
双分离法的皂素得率为预发酵的86.47％，纤维素的平均得率为46.36%，淀粉的平均得率32.75%，但酸用量仅为预发酵法的8.3%，且不需要预发酵，可缩短生产周期，基本实现了清洁生产的目的。
参考文献
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［4］ 佟 玲，张胜科，李 锦，等.酶解法提取薯蓣皂素的工艺研究［J］.陕西师范大学学报(自然科学版)，2003，31(2):81.
关键词：香菇多糖；纤维素酶；超声波；苯酚-硫酸法
中图分类号：R284 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160230002
香菇（Lentinus edodes）属担子菌纲，伞菌目，侧耳科，香菇属植物。香菇在世界范围内被广泛种植，占全世界蘑菇种树总产量的25%，也是世界上第2大流行的食用菌。香菇原产于中国，因其口味鲜美、营养丰富，并兼具药用价值，较其他菇类具有明显优势[1]。
据分析，每100g鲜香菇中，含有粗蛋白13g，远超一般植物性食品中蛋白质的含量；含钙124mg，磷416mg，铁252mg，还含有丰富的碳水化合物、维生素B1、B2、C等。因此，香菇一直享有“菌类皇后”“抗癌食品”等美誉[2]。
多糖是广泛存在于自然界的一类大分子物质，近十几年来的研究表明，香菇多糖是香菇中重要的有效药用成分，具有抗病毒、抗肿瘤、抗辐射、抗衰老等生物活。虽然香菇多糖的研究虽然起步较晚，但传统的水提醇沉法、稀碱浸提法、稀酸浸提法和酶法等，近几年随着超滤法、微波辅助浸提法、超声波辅助浸提法、酶复合浸提法等新方法、新工艺的不断出现，香菇多糖提取率和纯度不断提高，新的功能也被相继发现[3]。本文采用纤维素酶辅助超声波提取香菇多糖，以期得到1种提取率高、纯度高的提取方法。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
香菇购于江苏淮安三河农场；纤维素酶、胰蛋白酶（活力不低于3IU/g、5IU/g），购于上海国药集团；其余试剂均为分析纯。
紫外可见分光光度计，日立UV-3800；超声波清洗剂，济宁市鲁超仪器有限公司；电子天平，德国SR公司；干燥箱，上海市实验仪器公司；电子恒温水浴锅，天津泰斯特仪器公司；粮优粉碎机，浙江粮机有限公司。
1.2 方法
1.2.1 香菇多糖的提取
将香菇干燥至恒重后，粉碎过60目筛，称取粉末20g，加入蒸馏水500mL后，再加入0.5g的纤维素酶，在42℃恒温水浴锅内水解90min。将水解液分别过不同功率、不同时间、不同温度和不同pH值下的超声波条件下进行香菇多糖的浸提。然后在浸提液中加入0.5%的胰蛋白酶，在42℃恒温水域下除蛋白15min，接着采用真空抽滤，浸提液冷却至室温后，采用3000r/min的速度离心15min，取上清液，采用sevag试剂法进行脱蛋白，加入3倍体积的无水乙醇后，置于4℃条件下冷藏10h，再次离心，得到沉淀放入烘箱，在60℃下烘干至恒重。
1.2.2 正交实验设计
选择超声波处理功率、处理时间、处理温度和pH值作为正交实验的实验因素，选取L9（34）正交表探讨纤维素酶辅助超声波法提取香菇多糖的最佳工艺参数，具体因素水平表如表1所示。
1.3 香菇多糖的测定
本实验以葡萄糖为标准，用苯酚-硫酸法测定总糖含量，用DNS法测定还原糖总量[4]。多糖含量=总糖-还原糖。其中，香菇粗多糖提取率计算公式为：多糖提取率（%）=m/M×100%，m为所提多糖质量（g），M为预处理后的香菇粉末质量（g）。
2 结果与分析
正交实验结果如表2所示。结果表明，超声波的功率（A）以及提取温度（C）对多糖的提取率具有显著性的影响，而超声时间（B）和提取pH值（D）则表现为非重要影响因素。由结果可以得出，4种因素对香菇多糖提取的影响为A>C>D>B，而香菇多糖最佳提取工艺为A2B1C2D3，此时的提取率为15.43%
3 结 论
采用纤维素酶辅助超声波提取香菇多糖，相比传统的热水和有机溶剂浸提法，可有效提高多糖的提取率。之所以能够获得较高的提取率，可能的原因一之是采用了超声波处理技术，超声波的空化作用可以使得香菇细胞壁破裂，促进香菇中多糖成分的有效溶出，而超声波的次级作用，如乳化、击碎、化学效应、机械振动等，也都能加速多糖成分的扩散和释放，有利于进一步的提取[5]；另一个可能原因就是纤维素酶的水解作用，可将香菇细胞壁进行破坏，从而使多糖分析易于从细胞中扩散溶出。
因此，通过0.1%的纤维素酶的水解作用之后，采用300W的超声波处理功率，在70℃和pH为5.5的条件下提取30min，可以得到较高的香菇多糖提取率，有利于香菇保健产品的研究开发。
参考文献
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[2] 杨金龙，吴壁成，马在埙.香菇多糖注射液治疗慢性肝炎l08例[J].新药与临床，1993，12（5）：293-294.
[3] 王如伟，李水星，夏金星.植物多糖的制备和临床观察[J].中国民族民间医药杂志，2001（6）：343-345.
[4] 鲁晓岩.硫酸-苯酚法测定北冬虫夏草多糖含量[J].食品工业科技，2002，4（2）：30-35.
关键词：纤维素；光合作用；葡萄糖；纤维素降解
中图分类号：G632 文献标识码： C 文章编号：1672-1578（2014）6-0260-01
1838年法国农业学家佩因（A. Payen）从植物中提取某种化合物时分离出一种物质，由于该物质是在破坏细胞组织后得到的，并且几乎在所有植物体内都存在，因此，佩因把它用cell（细胞）和lose（遭受破坏）合成了一个新名词，称为“cellulose”，意思是细胞“破裂”后的产物[1]。
地球上，植物通过光合作用，每年产生约1000亿吨纤维
素[2]，是地球上最重要的资源之一，将在后石油时挥更大的作用，将是一切化学工业的基础原料。
纤维素主要存在于棉花、树木、苎麻、亚麻、竹、草和花中，是植物细胞壁的主要组成部分，这些植物通过光合作用将空气中的二氧化碳和水转化为纤维素，其主要化学反应过程为[3]：
CO2+H2OCH2O+O2（反应条件：光能和叶绿体）
6H2O + 6CO2+阳光C6H12O6（葡萄糖）+6O2（与叶绿素产生化学作用）
H2O2H+2e-+1/2O2（水的光解）
NADP+ +2e-+H+NADPH（递氢）
ADP+Pi+能量ATP（递能）
CO2+C5化合物2C3化合物（二氧化碳的固定）
2C3化合物+4NADPHC3糖（有机物的生成或称为C3的还原）
C3（一部分）C5化合物（C3再生C5）
C3（一部分）储能物质（如葡萄糖、蔗糖、淀粉，有的还生成脂肪）
因此，植物合成纤维素的同时，还伴随合成木质素、半纤维素和淀粉等，不能产生纯纤维素。
事实上，除了植物外，动物界也产生纤维素，如被囊纲（Tunicata class）内有些海洋生物的外膜中就有动物纤维素（tunicin）。还有某些微生物也产生纤维素，如醋酸杆菌属、无色杆菌属（Achromobacter）、根瘤杆菌属（Rhizobium）、产碱菌属
（Alcaligenes）、八叠球菌属（Sarcina）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、气杆菌属（Aerobacter）、固氮菌属（Azotobacter）和假单胞菌属（Pseudomounas），都能产生纤维素[4]，而且微生物合成的纤维素中99%是纤维素，基本上没有半纤维素和木质素。
这些微生物合成纤维素主要经历4个酶促反应步骤：（1）在葡萄糖激酶的作用下将葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖；（2）在变位酶作用下将6-磷酸葡萄糖通过变位作用转化为1-磷酸葡萄糖；（3）在焦磷酸化酶（UDPG）的作用下将1-磷酸葡萄糖转化为尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-Glc）；（4）由纤维素合成酶将UDP-Glc合成为β-1，4-葡萄糖苷链，再装配形成纤维素[5]。
纤维素酶不仅能合成纤维素，在不同的生物环境下，也能分解纤维素。能产生纤维素酶的微生物可以将稻草、秸秆等植物经过初级水解和次级水解，把纤维素长分子链截断为小分子多糖，进一步分解为葡萄糖，供人类和动物食用后，代谢出水和二氧化碳，而这些水和二氧化碳正是植物光合作用的原料，在植物体内转化为葡糖糖和纤维素，整个循环如图1所示。
从图1上可以看出，植物利用太阳能将二氧化碳和水合成葡萄糖，是整个循环的关键，而太阳能才是地球上取之不尽、用之不竭的能源，其他诸如石油、天然气、煤炭等资源，按照人类当前消费速度，不出二百年，这些资源将枯萎甚至消失，太阳能是人类最可靠的能源，通过植物光合作用将太阳能固定，纤维素是主要的载体。因此，我们从中学阶段教育学生，要爱护植物，保护自然环境，通过植物实现地球上二氧化碳的循环，避免温室效应给地球带来的灾难，实现人类可持续发展。
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[3]周云龙主编.植物生物学（第三版）[M].高等教育出版社，北京，2011.
酶是自然界动植物、部分有机体内产生的一类大型蛋白质，具有专一、高效和多样性的特点，可降解部分特定的高分子，作为生物催化剂加快反应速度。20年来，酶制剂在制浆造纸工业中的应用有了很大的发展，尤其在生物制浆中减少蒸煮化学品的用量、生物漂白过程中减少漂剂的用量、生物酶促打浆节能减排技术、酶法废纸脱墨性能的改善、纸浆的酶法改性、制浆造纸废液生物处理、利用生物酶改进纸浆的滤水性、纸浆中树脂控制、用生物手段控制腐浆等诸多方面。
1酶制剂在制浆造纸工业中的应用
1.1酶在生物制浆方面的应用
生物制浆主要包括化学法制浆和机械法制浆。生物化学法制浆是指通过生物方法对木片进行预处理，以减轻木片成浆的蒸解度，减少蒸煮化学药品的用量，降低碱回收强度、减少漂白化学药品用量，以及降低漂白废液的污染负荷等。当今，生物化学制浆的研究已发展到中试和工业化规模，而且预处理方法从菌的预处理转向采用酶进行预处理，这是因为菌不如其产生的酶稳定和对环境的适应性好。经过酶制剂处理的植物纤维原料，再经过化学法处理和蒸煮后，纤维的质量有一定的改善和提高。白延坤等〔3〕研究光叶褚白皮机械生物法制浆的结果表明，和对照浆相比，纤维素的脱除率略高，果胶脱除率略低、木素脱除率较高、戊聚糖得到保留更多，而且成浆周期明显缩短。陈嘉川等首先用聚木糖酶预处理麦草，在相同的工艺条件下对常规化学法制浆和酶法化学制浆进行比较实验得出:聚木糖酶的预处理明显提高麦草的脱木素程度，纸浆的卡伯值降低两个单位，蒸煮的用碱量减少，纸浆得率有所提高。与常规的化学法制麦草浆相比，酶制剂处理的化学麦草浆的物理强度和光学性能都有明显改善。因此，聚木糖酶预处理可以改善原料的制浆性能、减少能耗。
当今，生物法机械浆是国内外制浆造纸科研人员研究的重点和热点。生物法机械浆是在磨浆前用微生物菌如白腐菌对木片进行预处理，或者用酶制剂对木片进行预处理，以降低树脂的含量，节约磨浆能耗，减轻环境污染，改善纸浆的成纸强度。现己表明，对预处理后的木片进行磨浆可节省10%一30%的动力，而且纸浆的强度有所提高。在机械磨浆前用真菌或酶处理杨木片，与未经生物预处理的机械法制浆相比，电能节约20%一40%，耐破指数由o.92kPa•m飞上升到2.05kpa.m飞，撕裂指数由2.03IllN•耐g上升到4.53mN•耐g、抗张指数由29.5N•耐g上升为52.8N•而g〔6一7〕。经过生物酶预处理的火炬松木片机械浆和未经处理的相比，除了抗张指数略微降低外，其他成纸的物理指标与杨木相似。实验研究还表明，预处理的最适宜条件是木片处理时要有充足的菌或酶、处理时间和适合的处理条件。上述的生物制浆法虽然针对木材原料进行研究，但对其他造纸原料的生物法机械浆制备也同样有效。
1.2生物酶制剂在生物漂白技术方面的应用
生物漂白是利用微生物菌或酶制剂与纸浆中的某些成分作用，然后进行脱木素或使其有利于脱木素，从而改善纸浆可漂性，提高纸浆白度的过程。生物漂白可节省化学漂剂，改善纸浆性能，减少漂白污染。
目前，用于纸浆漂白的酶制剂主要有两大类:半纤维素酶和木素降解酶。半纤维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、过氧化物酶和锰过氧化物酶。20世纪80年代，制浆造纸工作者对聚木糖酶辅助漂白进行了广泛而深入的研究，并取得大量的研究成果:无论是阔叶木浆、针叶木浆、竹浆、草浆，还是硫酸盐浆、其他化学浆和化学机械浆，无论是与传统的有氯漂白，还是与先进的无氯漂白相结合，聚木糖酶的助漂作用都能促进浆中残余木素的降解，进一步提高木素的脱除程度、漂后纸浆的白度和稳定性，同时减少后续漂白段漂剂的用量，从而减轻纸浆漂白对环境的污染。
对于聚木糖酶漂白机理探索和研究，国内外制浆造纸工作者进行了大量的探索和实验，目前尚未得到明确的理论。但普遍认为的助漂理论有以下几点:第一，聚木糖酶破坏了聚木糖的连接键，使LCC键断裂，漂白化学试剂到达纸浆纤维的可及度提高，利于木素的脱除;第二，蒸煮后期蒸煮碱液浓度降低引起聚木糖的二次沉淀，这些聚木糖阻碍了漂白化学试剂对纸浆中残余木素的作用，而聚木糖酶能使这些聚木糖水解或部分水解，使漂白化学试剂更易脱去残余木素，纸浆的漂白得以实现;第三，聚木糖酶还会降解纸浆中的一少部分半纤维素，使纤维细胞壁变得疏松，木素更容易脱除;第四，聚木糖酶能去除蒸煮中产生的己烯糖醛酸聚木糖衍生物[8]，进一步改善纸浆的漂白性能。
用于生物漂白的聚木糖酶，要求有很强的耐碱耐高温性，可利用蛋白质工程和基因工程方法和手段获取耐碱耐热性能优良的聚木糖酶，这是目前制浆造纸酶制剂研究的热点，相信将来重组酶会更有效地应用于漂白工艺中去。漆酶能氧化非酚型的木素模型化合物〔9]，因而吸引了众多专家学者研究其对纸浆的助漂白作用。漆酶介体系统(laccase一mediator一system，LMS)在一定条件下对纸浆进行适当时间的处理，能使纸浆卡伯值大幅下降。锰过氧化物酶漂白需要在添加剂存在的情况下才能实现助漂性能，虽然其助漂效果良好，但因为酶添加剂的价格昂贵，较难实现商业化。表1是多种酶在纸浆漂白中的应用情况。
1.3酶制剂在酶促打浆和节能减排方面的应用
酶促打浆的概念是用高活性的纤维素酶以及半纤维素酶在打浆前对纸浆进行预处理，目的使纤维表面松弛和活化，进而促进纤维的吸水润胀，提高细纤维化和微细纤维化的程度。在后面的磨浆机械作用下，纤维被切断或分丝帚化，单根纤维的比表面积和多根纤维分子之间的键合力增强，抄成的纸张各项物理指标有所提高汇‘创，同时打浆能耗降低。
酶促打浆，是把酶制剂以溶液的形式添加到浆料中去，组成浆料和酶的非均相体系。在酶制剂处理初期，纤维表面的半纤维素部分被酶分解，纤维表面吸水润胀的程度明显提高，同时纤维表面的渗透性增强，因而酶分子更容易渗透并扩散到纤维的内部，微细纤维间的半纤维素被酶制剂降解，它们相互间的作用力减弱。然后，生物酶开始进攻纤维素的P层，51层的结构有所松弛，细小纤维间产生相对滑动，由于半纤维素酶制剂能破坏木素一碳水化合物复合体(LCC)之间的连接键，生物酶制剂进入次生壁的通道被打开，纤维素酶作用于纤维表面产生一定的剥离反应，把51层和P层去除，把S:层更好地出来但使其不受损伤，并加快了细纤维化，保持纸浆强度性能良好的情况下，改善打浆性能，节约打浆能耗。
表2是酶促磨浆的主要研究结果，从1968年Yerkes利用纤维素酶(来自白腐香栓菌)研究化学浆和棉短绒的磨浆能耗到现在的复合酶制剂用于降低磨浆能耗的研究，经历了40多年的时间，并取得了一系列的成绩。利用酶制剂对磨前纸浆进行处理，无论是针叶木还是阔叶木的化学浆或者机械浆，都可降低10%一40%的能耗。当今，具备更好反应和控制能力的制浆造纸专用酶制剂得以广泛应用，但对新酶种的识别和它们潜在的价值仍然制约着酶制剂在制浆造纸工业中的工业化和商业化。
1.4酶制剂在废纸脱墨中的应用
酶法脱墨是一种经济有效的脱墨方法，它能减轻或解决化学脱墨带来的一系列环境污染问题，降低漂白化学药品的用量、改善浆料的滤水性能等。当今，废纸脱墨的酶制剂主要有纤维素酶、聚木糖酶、漆酶、果胶酶、脂肪酶、酷酶、淀粉酶等。纤维素酶、半纤维素酶和素木降解酶主要是通过改变纤维表面或附近的连接键，从而使油墨与纤维分离，借助洗涤或浮选的方法将油墨去除;而脂肪酶、酉旨酶等则是利用酶制剂直接攻击油墨，以降解油墨中的油性连接料，碎解油墨，使其与纤维分离，从而实现废纸脱墨目的。
废纸浆中的植物纤维、油墨、淀粉和其他添加剂，大都能作为酶制剂作用的底物，是酶法脱墨的物质基础。目前，酶法脱墨主要有两种不同的方法，一种是与废纸浆中的纤维素和半纤维素反应的酶，另一种是和油墨反应的酶。对于酶制剂与纤维素和半纤维素的作用机理目前主要有四种推测:第一，对纤维素微纤维的剥皮作用;第二，对可及的纤维素链的水解;第三，对纤维素微纤维或微细组分的脱除;第四，对半纤维素的分解作用使碳水化合物一木素复合体释放出木素。与油墨反应的酶主要是酷酶和脂肪酶，它们可以破坏油基印刷油墨的连接料或者载体。目前情况是酶制剂可以加到脱墨的初始阶段，部分或者全部取代传统脱墨方法的脱墨剂，利用浮选洗涤法脱除油墨粒子。但研究还表明，采用酶法脱墨的油墨粒子要比其他脱墨方法的油墨粒子小很多，这些油墨小粒子能扩散进入纤维中，降低洗涤效果。但总体来看，酶法脱墨能减少墨点数，纸浆的白度基本持平，效果与传统方法相当，但很大程度上减少了废水中的污染负荷。目前废纸的纤维素酶和半纤维素酶法脱墨己部分实现工业化，探索其他能用于废纸脱墨的酶对于酶法脱墨的发展具有重要的意义。
酶法脱墨的研究最初主要集中在旧报纸的脱墨，研究结果表明:酶制剂可以部分甚至全部代替化学品，减少污染，同时旧纸的疏解时间缩短，能耗降低;所得脱墨浆白度较高，并且滤水性能好，易于漂白。顾其萍等L20]研究了脂肪酶用于旧报纸脱墨，发现脂肪酶脱墨浆效果良好，并且脂肪酶脱墨浆的返黄值低于化学脱墨浆。还有人研究了漆酶介体体系对旧报纸的脱墨效果和对后续漂白的影响，发现脱墨浆的白度稍微下降，但后续的可漂性明显提高，研究还发现，漆酶与聚木糖酶一起使用会产生协同作用，对旧报纸脱墨后漂白浆的质量改善明显。这可能是因为聚木糖酶提高了漆酶介体体系对纸浆纤维的可及性〔2，〕。近些年，酶法脱墨研究重点已转向静电复印纸和激光打印纸的办公废纸脱墨上，并取得了良好进展:实验表明，加入少量商品纤维素酶和表面活性剂，能很大程度上提高办公废纸油墨的脱除率t221。
1.5酶制剂在纤维改性中的作用
利用酶制剂对纸浆纤维进行改性，在保证纸浆纤维强度的前提下，提高纸浆滤水性，降低打浆能耗。纤维改性的方法，包括化学法改性、机械法改性和物理法改性三种。根据酶对纤维的改性作用，可分为三类:一是改善纸浆滤水性能、抄纸性能和提高高得率纸浆成纸性能的纤维素酶为主的酶制剂体系，二是降低打浆能耗、改善滤水性能和高得率浆成纸性能的半纤维素酶为主的酶制剂体系，三是以改善高得率纸浆物理性能的木素降解酶为主的酶系[23一24]。
纤维素酶处理纸浆能改善纸浆的滤水性，可能是因为纸浆中纤维连接较紧密，纤维素酶很难把纤维素分子降解。它能改善纸浆的滤水性能，是因为酶处理能提高纸浆游离度。在酶制剂的作用下，纤维的性能会产生一定的变化，主要是由于纤维素酶对纤维表面进行作用，主要表现在剥皮、腐蚀、微细纤维化和纤维切断等几个方面，最终影响纸浆的成纸性能。王兆荣等〔25j研究了纤维素酶对漂白针叶木浆的改性，发现适量的纤维素酶用量，能降低打浆能耗，提高纸张的抗张指数，但撕裂指数略微下降。Mansfield等仁26]的研究表明，复合纤维素酶处理纸浆能提高改性后纸浆的游离度，降低打浆能耗，提高纸张的印刷性能，改善成纸的平滑度，而且成纸的抗张强度也有所增加。
纸浆的纤维改性技术有着良好的发展和应用前景，但对改性剂和纤维作用规律的研究需要深入和提高。研究纸浆纤维改性的机理，有针对性的利用不同的改性剂和改性手段，探索其适宜的环境条件和作用方式及理论，并用于实际生产，两方面的结合研究将互相促进，从而加快纸浆纤维改性的研究速度。酶制剂技术的发展，也必将在新的酶改性技术应用中发挥重要作用。
1.6酶在处理造纸废水中的应用
废水的厌氧处理，是水解产酸菌利用自身产生的胞外酶将有机物水解成小分子并酸化，将其继续乙酸化，最终将有机物污染物分解产生甲烷和二氧化碳气体。厌氧生物处理由于产生的污泥产量低、动力消耗少等优点在生产中得到应用。
活性污泥法是好氧生物处理废水的典型方法，好氧活性污泥的细菌如动胶菌和革兰氏阴性菌作用是能迅速稳定制浆造纸废水中的有机污染物，使其具备良好的自我凝聚能力和沉降性能。好氧细菌在有氧的环境条件下降解有机物，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，从而实现对废水的生物法处理。
固定化微生物技术是在固定化酶技术的基础上发展起来的一项新的生物技术。即将微生物固定在载体上，并保持其生物功能。漆酶的固定化及其在造纸废水处理中的应用中表明〔28]，用固定化漆酶法处理纸厂废水，能有效去除甲基酚，同时漆酶还能够脱除甲基和溶解纸浆中的部分木素。漆酶经固定化后，能进一步提高漆酶处理废水脱色的有效性，每一单位酶活所降低的废水色度值明显提高。
2酶制剂未来发展方向
随着真菌和细菌的培养优化技术的发展，制浆造纸酶制剂技术也在不断地更新，其应用领域不断扩大，需求量也不断增加。制浆造纸整个过程中的各个阶段所需要的酶种有所不同，取自哪种真菌或细菌，其存在的基物是哪些，如何将其分离、鉴定和纯化，以及它们的生长环境和条件、应用时的环境条件，都是未来的研究和发展方向。
知识的宽度、厚度和精度决定人的成熟度。每一个人比别人成功，只不过是多学了一点知识，多用了一点心而已。下面小编给大家分享一些高中生物选修一知识，希望能够帮助大家，欢迎阅读!
高中生物选修一知识1传统发酵技术
1.果酒制作：
1)原理：酵母菌的无氧呼吸 反应式：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量。
2)菌种来源：附着在葡萄皮上的野生酵母菌或人工培养的酵母菌。
3)条件：18-25℃，密封，每隔一段时间放气(CO2)
4)检测：在酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈灰绿色。
2、果醋制作：
1)原理：醋酸菌的有氧呼吸。
O2，糖源充足时，将糖分解成醋酸
O2充足，缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再变为醋酸。
C2H5OH+O2CH3COOH+H2O
2)条件：30-35℃，适时通入无菌空气。
3、腐乳制作：
1)菌种：青霉、酵母、曲霉、毛霉等，主要是毛霉(都是真菌)。
2)原理：毛霉产生的蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和aa ;脂肪酶将脂肪水解为甘油和脂肪酸。
3)条件：15-18℃，保持一定的湿度。
4)菌种来源：空气中的毛霉孢子或优良毛霉菌种直接接种。
5)加盐腌制时要逐层加盐，随层数加高而增加盐量，盐能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。
4、泡菜制作：
1)原理：乳酸菌的无氧呼吸，反应式：C6H12O6 2C3H6O3+能量
2)制作过程：①将清水与盐按质量比4：1配制成盐水，将盐水煮沸冷却。煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。②将新鲜蔬菜放入盐水中后，盖好坛盖。向坛盖边沿的水槽中注满水，以保证乳酸菌发酵的无氧环境。
3)亚硝酸盐含量的测定：
①方法：比色法;
②原理：在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料。
高中生物选修一知识2酶的研究与应用
1、果胶酶作用：分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层，提高水果的出汁率，并使果汁变得澄清。
2、果胶酶并不特指某一种酶，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。
3、酶的活性可用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。
4、目前常用的酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶，其中应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。
5、加酶洗衣粉的作用原理：碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽，使污迹容易从衣物上脱落。
同样道理，脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能将大分子的脂肪、淀粉和纤维素水解为小分子物质。
6、固定化技术包括：包埋法、化学结合法和物理吸附法。
一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化，而细胞多采用包埋法固定化。因为细胞个大，而酶分子很小;个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。
7、固定化酵母细胞时，酵母细胞的活化用蒸馏水;
配制海藻酸钠溶液时，加热要用小火，或者间断加热;要将海藻酸钠溶液冷却至室温，再加入活化的酵母细胞。CaCl2溶液有利于凝胶珠形成稳定的结构。
高中生物选修一知识3二、微生物的培养与应用
1、培养基的种类：按物理性质分为固体培养基和液体培养基，按化学成分分为合成培养基和天然培养基，按用途分为选择培养基和鉴别培养基。
2、培养基的成分一般都含有水、碳源、氮源、无机盐P14
3、微生物在固体培养基表面生长，可以形成肉眼可见的菌落。
4、培养基还需满足微生物对PH、特殊营养物质以及O2的要求。
5、获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵。
6、常用灭菌方法有：灼烧灭菌，将接种工具如接种环、接种针灭菌;
干热灭菌：如玻璃器皿、金属用具等需保持干燥的物品。高压蒸汽灭菌：如培养基的灭菌。
7、用固体培养基对大肠杆菌纯化培养，可分为两步：制备培养基和纯化大肠杆菌。
8、固体培养基的制备：计算称量溶化灭菌倒平板
9、微生物常用的接种方法：平板划线法和稀释涂布平板法。
10、平板划线法是通过连续划线，将菌种逐步稀释分散到培养基表面，稀释涂布平板法是将菌液进行一系列的梯度稀释，分别涂布到培养基表面。
当它们稀释到一定程度后，微生物将分散成单个细胞，从而在培养基上形成单个菌落。
11、微生物的计数方法：活菌计数法、显微镜直接计数法、滤膜法。
12、活菌计数法就是当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。
通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少个活菌。统计的菌落数往往比活菌的实际数目低。因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察的只是一个菌落。
13、显微镜直接计数也是测定微生物数量的常用方法，但它包括了死亡的微生物。
14、设置对照的主要目的是排除实验组中非测试因素对实验结果的影响。
提高实验结果的可信度。①如何证明培养基是否受到污染：实验组的培养基中接种要培养的微生物，对照组中的培养基接种等量的蒸馏水(设置空白对照)。②如何证明某选择培养基是否有选择功能：实验组中的培养基用该选择培养基，对照组中培养基用普通培养基(牛肉膏蛋白胨培养基)。如果普通培养基的菌落数明显大于选择培养基中的数目，则说明该选择培养基有选择功能。
15、如何分离分解尿素的细菌?培养基中以尿素为唯一氮源，加入酚红指示剂，如果PH升高，指示剂变红，可初步鉴定该菌能分解尿素。
16、如何分离分解纤维素的微生物?以纤维素为唯一碳源的培养基。
17、纤维素酶是一种复合酶，至少包括三组分：C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。
前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。
18、筛选纤维素分解菌的方法：刚果红染色法，其原理是刚果红可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不和水解后的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。
当纤维素被纤维素酶分解后，刚果红—纤维素的复合物无法形成，培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。(产生了透明圈，说明纤维素被分解了，说明有纤维素分解菌)
高中生物选修一知识4植物有效成分的提取。
1、植物芳香油的提取方法：蒸馏、压榨和萃取。
2、水蒸汽蒸馏法是利用水蒸汽将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后又重新分出油层和水层。
如玫瑰油、薄荷油等(也可用萃取法)。
3、柑橘、柠檬芳香油的制备常使用压榨法，因为水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解。
4、胡萝卜素的提取一般用萃取法。
萃取法是将粉碎、干燥的植物原料用有机溶剂浸泡，使芳香油溶解在有机溶剂中，然后蒸发出有机溶剂，获取纯净的植物芳香油。
5、石油醚具有较高的沸点，能充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶，所以适宜用作胡萝卜素的萃取剂。
6、玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸汽一同蒸馏。
故适用于蒸馏法。
7、玫瑰精油的油水混合物中加入NaCL目的是增加水层密度，使油水分层。
分离油层后加无水Na2SO4，目的是除去水，再过滤去除Na2SO4。
8、橘皮压榨前用石灰水浸泡，目的是破坏细胞结构、分解果胶、防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率。
9、胡萝卜素是橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂，所以适于用萃取法。
10、萃取时采用水浴加热，以防有机溶剂燃烧、爆炸。
瓶口安装回流冷凝装置，以防止加热时有机溶剂挥发。
高中生物选修一知识5DNA和蛋白质技术
1、提取生物大分子的基本思路是选用一定的物理或化学方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子。
2、DNA溶解性：①DNA在不同浓度的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对酶、高温和洗涤剂的耐受性：因为酶有专一性，蛋白酶能水解蛋白质，但对DNA没有影响。
DNA比较能耐高温。洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA无影响。
4、在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。
5、提取DNA的材料一般用鸡血而不用猪血，因为哺乳动物(猪)成熟的红细胞无细胞核，无DNA。
6、破碎鸡血细胞时，可以加入一定量的蒸馏水，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可。
7、为了纯化提取的DNA，需要将滤液进一步处理。
在滤液中加入NaCL，使其浓度为2mol/L，过滤除去不溶的杂质，再加入蒸馏水，使NaCL浓度为0.14mol/L，析出DNA，过滤除去溶液中的杂质。
8、向溶解了DNA的NaCL溶液中加入体积分数为95%的冷却的酒精溶液，目的是提取含杂质更少的DNA。
9、PCR原理：DNA体外复制
10、PCR的条件：①一定的缓冲溶液;
②DNA模板;③分别与两条模板链相结合的两种引物;④四种脱氧核苷酸;⑤耐热的DNA聚合酶;⑥控制温度的仪器设备。
11、为什么要引物?因为DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链。
DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。
12、PCR三步骤：变性、复性和延伸。
在PCR循环之前，常要进行一次预变性，以便增加大分子模板DNA彻底变性的概率。
13、PCR的结果：特异地复制处于两个引物之间的DNA序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增。
14、DNA在260nm的紫外线波段有一强烈的吸收峰。
15、蛋白质分离的方法：凝胶色谱法和电泳。
16、凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。
