秸稈飼料酶解法

破壞植物細(xì)胞壁，使鋒大咐包裹在細(xì)胞中的營養(yǎng)物質(zhì)充分地釋放出來，從而增加與消化酶的接觸面，提高消化吸收率。

畜禽以植物性飼料為主（占到動物飼料量的95%以上），植物細(xì)胞都有細(xì)胞壁，植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要由NSP（主要是纖維素，果膠，半纖維素）組成，包埋在細(xì)胞壁內(nèi)的許多可消化的營養(yǎng)物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、淀粉等）由于不能與消化酶接觸，得不到消化利用，從而降低其效果。在日糧中添加非淀粉多糖酶（如纖維素酶、果膠酶等）可以破壞植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞內(nèi)溶物裸露出來與動物內(nèi)源酶接觸消化，提高飼料的消化及吸收率。

（4）提高機(jī)體代謝水平，增強(qiáng)免疫力。近年來的研究表明，酶不僅直接參與營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收，也影響仿塵其代謝和參與有關(guān)激素的調(diào)節(jié)作用。1996年有人報(bào)道在大麥日糧中添加0.1%的粗酶制劑喂肉雞，提高了血液中胰島素水平（p＜0.05）而胰高血糖素水平下降，表明酶制劑能提高雛雞的免疫力。加拿銀純大一學(xué)校試驗(yàn)證明，酶制劑的添加顯著降低肉雞死亡率（11.3%對4%）和原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥（5.3%對0.7%）。

（5）改變消化部位。飼料中水溶性非淀粉多糖使食糜水分增加，粘度增大，排空速度減慢，促使后腸微生物發(fā)酵，降低養(yǎng)分利用率，外源酶制劑添加能改變消化部位，使某些物質(zhì)的消化場所由盲腸轉(zhuǎn)移到小腸，減少后腸微生物發(fā)酵，提高其消化率。此外，外源酶還有助于改善消化道內(nèi)環(huán)境，如平衡內(nèi)源酶的分泌，減少腸粘膜細(xì)胞的脫落。

（6）改變腸壁結(jié)構(gòu)，提高養(yǎng)分吸收能力。小腸空腸被認(rèn)為是畜禽消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場所。研究中發(fā)現(xiàn)，在火雞日糧中添加淀粉酶與對照組相比，小腸空腸和回腸段的絨毛長度在0～3周齡有明顯的提高，增加了對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收面積，提高了吸收能力。其實(shí)就是利用活性酶來水解特定的某種物質(zhì)。這種方法可用于一般的生物實(shí)驗(yàn)中，如：驗(yàn)證植物細(xì)胞壁的成分。植物細(xì)胞壁的成分有果膠，所以我們可以用果膠酶去水解它，如果該細(xì)胞壁被破壞，就說明細(xì)胞壁中有果膠。這個(gè)試驗(yàn)方法利用了酶的特異性，這也是酶解法的原理。其實(shí)在高中課本中已經(jīng)有說明了。如果還有什么不明白可以繼續(xù)追問。謝謝

纖維素酶生產(chǎn)

纖維素酶是一種重要的酶產(chǎn)品，它是一種復(fù)合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、內(nèi)切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等組成，還有很高活力的木聚糖酶活力。纖維素酶在飼料、酒精、紡織和食品等領(lǐng)域具有巨大的市場潛力，將是繼糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工業(yè)酶種，是酶制劑工業(yè)中的一個(gè)新的增長點(diǎn)。

產(chǎn)纖維素酶的微生物有很多，迄今為止國內(nèi)外共記錄了產(chǎn)纖維素酶的菌株大約53個(gè)屬的幾千個(gè)菌株，包括細(xì)菌、真菌和放線菌。目前，用于纖維素酶生產(chǎn)的主要是真菌類，世界纖維素酶市場中有20%是來自于木霉屬和曲霉屬，其中木霉屬被公認(rèn)是產(chǎn)纖維素酶最高的菌種之一，是當(dāng)前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的菌種。

自從第二次世界大戰(zhàn)中Reese從美軍軍裝上發(fā)現(xiàn)了木霉，木霉纖維素酶的工業(yè)化生產(chǎn)越來越引起人們的重視，T.ressei成為世界范圍內(nèi)最主要的纖維素酶生產(chǎn)菌株。它的優(yōu)點(diǎn)在于具有培養(yǎng)粗放、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，適于固體培養(yǎng)和液態(tài)深層發(fā)酵，它的酶系纖維素酶活性高并且能生產(chǎn)大量的胞外蛋白，它的胞外纖維素系統(tǒng)由60%～80%的外切葡聚糖苷酶，20%～36%的內(nèi)切葡聚糖苷酶和1%的β-葡聚糖苷酶組成，這些酶協(xié)同作用將纖維素轉(zhuǎn)換成葡萄糖。

誘變選育是提高菌株酶活的一種有效方法，以T.ressei Rut C-30突變菌株為例，它是通過3步誘變得到的（覃玲靈等，2011）。首先，在代謝物抑制條件下，通過水解纖維素酶活的篩選，進(jìn)行紫外線誘變，得到菌株M7；其次，通過化學(xué)誘變（亞硝基胍）和一個(gè)過程與前者相似但更嚴(yán)格的酶活篩選之后，從M7中分離出了菌株NG14，在胞外蛋白和纖維素酶活力方面，NG14 與親本株以及其他可用的纖維素酶突變株相比都提高了幾倍（Eveleigh et al.，1979）；最后，對NG14經(jīng)過紫外線誘變，經(jīng)過2-脫氧葡萄糖的抗性篩選后，得到菌株Rut C30（Kang et al.，2006；Wick et al.，1957）。Rut C30剛分離出來時(shí)纖維素酶的產(chǎn)量能夠達(dá)到15FP units/（L·h），能產(chǎn)出大約20mg/mL的胞外蛋白，與它的親本菌株NG14相比，胞外蛋白的產(chǎn)量多了2倍，達(dá)到2%，在工業(yè)發(fā)酵啟粗罐中的產(chǎn)量超過30g/L，達(dá)到了工業(yè)需求的酶產(chǎn)量；與其他木霉菌株相比，Rut C30產(chǎn)的外切葡聚糖苷酶穩(wěn)定性最高，在pH5.0，50℃的條件下培養(yǎng)30d，只有28%的酶失活（Esterbauer H et al.，1991）。

T.ressei突變菌株QM9414，MCG77，MCG80，Rut C30，CL-847，VTT-D和SVG是生產(chǎn)完整纖維素酶系的優(yōu)良菌株。當(dāng)以上菌株在添加纖維素（如濾渣、棉、微晶纖維素等）或處理的木質(zhì)纖維素（木材、秸稈）的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，可以分泌產(chǎn)生纖維素酶（H.Esterbauera et al.，1991）。以上菌株在實(shí)驗(yàn)室搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)條件下，每消耗1 g碳源平均可產(chǎn)生250mg的纖維素酶蛋白，蛋白活性為0.5～1.0U/mg，產(chǎn)量為50～150FP units/（L·h），補(bǔ)料分批連續(xù)培養(yǎng)可增加酶的濃度和產(chǎn)量。

Mach和Seiboth等研究發(fā)現(xiàn)，以纖維素、木聚糖或者其他植物聚合物甚至乳糖等工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品為培養(yǎng)基，木霉也可以產(chǎn)生高氏迅濃度的纖維素酶和半纖維素酶（Mach et al.，2003；Seiboth et al.，2007）。木霉屬纖維素酶近來已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，除國際大品牌公司Genencor，NovoNordisk外，國內(nèi)有湖南尤特爾酶制劑等公司已大規(guī)模生產(chǎn)纖維素酶。

木霉纖維素酶的發(fā)酵生產(chǎn)主要有兩種模式：固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。

固體發(fā)酵法是以玉米等農(nóng)作物秸稈為主要原料，其投資少，工藝簡單，產(chǎn)品價(jià)格低廉，目前國內(nèi)絕大部分纖維素生產(chǎn)廠家采用該技術(shù)生產(chǎn)纖維素酶（乞永立等，2000）。中國科學(xué)院過程研究所陳洪章等在纖維素酶的固態(tài)發(fā)酵領(lǐng)域進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了100m3的纖維素酶固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器及其配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了以汽爆秸稈為原料的纖維素酶的大型生產(chǎn)，最高產(chǎn)量達(dá)210FPA/g干曲。然而固體發(fā)酵法生產(chǎn)的纖維素酶很難提取、精制。目前，我國纖維素酶生產(chǎn)廠家只能采用直接干燥法粉碎得到固體酶制劑或用悄核鎮(zhèn)水浸泡后壓濾得到液體酶制劑，其產(chǎn)品外觀粗糙且質(zhì)量不穩(wěn)定，發(fā)酵水平不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較低，易污染雜菌。

液體發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程是將玉米秸稈粉碎至20目以下進(jìn)行滅菌處理，然后送發(fā)酵釜內(nèi)發(fā)酵，同時(shí)加入纖維素酶菌種，發(fā)酵時(shí)間約為70h，溫度低于60℃。采用除菌后的無菌空氣從釜底通入進(jìn)行通氣攪拌，發(fā)酵完畢后的物料經(jīng)壓濾機(jī)板框過濾、超濾濃縮和噴霧干燥后制得纖維素酶產(chǎn)品。液態(tài)深層發(fā)酵由于具有培養(yǎng)條件容易控制、不易染雜菌、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)外重要的研究和開發(fā)方向。李忠興等（1999）以T.koningii T215為菌種，在30t氣升反應(yīng)器中進(jìn)行了纖維素酶的發(fā)酵生產(chǎn)，平均CMC酶活達(dá)78.3IU/mL。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)陸兆新等研究了用覆蓋不同高分子的紗布固定化木霉細(xì)胞纖維素酶的活性，其中覆蓋poly（HPMA）載體固定化木霉的纖維素酶活最高，達(dá)3.5IU/mL。用固定化木霉細(xì)胞產(chǎn)生的纖維素酶不經(jīng)提純分離，直接水解輻射和低濃度NaOH預(yù)處理的稻麥稈，其葡萄糖產(chǎn)率隨輻照劑量和水解時(shí)間的增加而增加，電子輻射和4%NaOH處理的稻稈葡萄糖產(chǎn)率達(dá)19%，而麥稈達(dá)22%，認(rèn)為固定化木霉細(xì)胞酶液能很好地水解輻射預(yù)處理的稻麥稈。該研究成果“輻射和生物技術(shù)相結(jié)合提高纖維素酶水解效率的基礎(chǔ)研究”在1999年獲農(nóng)業(yè)部科技進(jìn)步獎二等獎。

由于纖維素酶是多組分復(fù)合物，各組分的底物專一性不同，而且不同來源的纖維素酶其組成及各組分的比例有較大的差異，致使纖維素酶活力的測定方法復(fù)雜而不統(tǒng)一。傳統(tǒng)纖維素酶活測定方法很多，如微晶纖維素酶活測定方法、濾紙酶活（FPA）測定方法、水楊苷酶活測定方法、染色纖維素法、濾紙崩潰法、棉線切斷法、羧甲基纖維素鈉鹽（cmC-Na）酶活性測定方法、棉花糖法、CMC粘度降低法、熒光定糖法平板法等（尹娟等，2009）。利用新型傳感器測定纖維素酶活性已越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)過程中，生物傳感器適應(yīng)于復(fù)雜體系的實(shí)時(shí)及在線測定，具有快速測定、簡便易攜、高靈敏度、高專一性，而且檢測樣品一般可反復(fù)多次使用、不需另加其他試劑、不需要預(yù)處理、不要求樣品清晰度等優(yōu)點(diǎn)，在監(jiān)測與控制中顯示出巨大的優(yōu)勢。

植物的根莖葉經(jīng)過粉碎榨汁與食用堿混合高溫滅菌加壓烘干成食用纖維素酶。