《生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用》全套課件

生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用課程性質(zhì)和目的本課程為輕化工程專業(yè)本科學(xué)生開設(shè)的公開選修課。目的在于通過教與學(xué)，使學(xué)生正確理解生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用原理和一般方法，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用課程教學(xué)的基本要求教學(xué)環(huán)節(jié)：課堂講授，學(xué)生自學(xué)，平時(shí)作業(yè)講授學(xué)時(shí)：27學(xué)時(shí)考核方式：課程論文1篇總評(píng)成績：平時(shí)成績（學(xué)習(xí)態(tài)度、

3次作業(yè)、考勤等）占40%，課程論文占60%。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用參考資料謝來蘇編著，《制漿造紙的生物技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年6月；林鹿，詹懷宇編著，《制漿漂白生物技術(shù)》，中國輕工業(yè)出版社，2002年4月；楊汝德編著，《現(xiàn)代工業(yè)微生物學(xué)》，華南理工大學(xué)出版社，2001年2月；袁勤生編著，《應(yīng)用酶學(xué)》，華東理工大學(xué)出版社，1994年8月。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用目

錄一、概述二、微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)三、酶學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)四、木質(zhì)纖維的生物降解五、生物改良樹種和原料的生物處理六、生物技術(shù)在制漿中的應(yīng)用七、生物技術(shù)在漂白中的應(yīng)用八、生物技術(shù)在造紙中的應(yīng)用九、生物技術(shù)在廢紙回用中的應(yīng)用十、生物技術(shù)在造紙廢水處理中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用第一章 概述植物纖維生物技術(shù)生物技術(shù)在造紙工業(yè)中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用1.1 植物纖維（Plantfibre）◆植物纖維——廣泛分布在種子植物中的一種厚壁組織?！糁参锢w維的細(xì)胞細(xì)長，兩端尖銳，具有較厚的次生壁，壁上常有單紋孔生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用纖維和纖維素有區(qū)別嗎？生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（1）植物纖維的存在部位存在部位植物名稱用途韌皮纖維在莖桿韌皮部的纖維桑樹、構(gòu)樹、青檀等制造特種紙的優(yōu)良原料木材纖維在植物樹干中的木質(zhì)纖維松、杉、楊樹、柳樹等制漿造紙的原料葉纖維存在植物葉中的纖維劍麻、蕉麻等主要用制繩索，或作粗紡之用莖桿纖維存在植物莖中的纖維苧麻、大麻、亞麻和黃麻等制各種紡織品根纖維在根部的韌皮纖維馬藺等一般較少果殼纖維果殼中的纖維椰子殼纖維等制濾料、活性炭等種子纖維在種子表面的纖維棉、木棉、楊柳、攀枝花等制各種紡織品絨毛纖維花序上的絨毛香蒲等制特種紙、紡織品生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）植物纖維的化學(xué)組成生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和組成細(xì)胞層相對(duì)厚度（%）微細(xì)纖維角度（°）P+ML<10凌亂S110～2050～70S270～9010～20S32～860～90細(xì)胞壁的亞顯微結(jié)構(gòu)圖解S1-次生壁外層；S2-次生壁中層；S3-次生壁內(nèi)層；

CW1-初生壁；ML-胞間層生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用細(xì)胞壁微細(xì)纖維結(jié)構(gòu)模型生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）植物纖維的利用概況生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用1.2 生物技術(shù)（Biotechnology）概念：利用微生物、動(dòng)物、植物，對(duì)物料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品來為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。學(xué)科基礎(chǔ)：細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)最顯著特點(diǎn)：在細(xì)胞和亞細(xì)胞的分子水平上直接操縱生命，改變生物的遺傳形態(tài)，甚至定向地創(chuàng)造新的生命形式。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)基因工程：通過生物遺傳基因的重組，開發(fā)出新的優(yōu)良品種和新的物種生物工程：通過生物代謝作用，生產(chǎn)出許多有用的新有機(jī)物質(zhì)酶工程：通過酶促反應(yīng)，大大改善許多現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的條件和效率細(xì)胞工程：通過在細(xì)胞或細(xì)胞器水平上的操作，生產(chǎn)新型生物或特種細(xì)胞產(chǎn)品、產(chǎn)物生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域人類健康——提高生命質(zhì)量、延長人類壽命農(nóng)業(yè)——改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、解決食品短缺能源和資源——解決能源危機(jī)、治理環(huán)境污染工業(yè)——制造工業(yè)原料、生產(chǎn)貴重金屬生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（1）重要依據(jù)造紙工業(yè)的基本原料是生物體(植物)：◆制漿造紙方法基本上是對(duì)生物體的化學(xué)反應(yīng)過程◆制漿造紙的環(huán)境污染物主要是生物體降解的有機(jī)物1.3生物技術(shù)在造紙工業(yè)中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）研究領(lǐng)域◆培植植物纖維原料◆原料貯存◆生物制漿◆生物酶促漂白◆廢紙的酶促脫墨◆樹脂障礙的生物控制◆腐漿的生物控制◆紙質(zhì)材料在自然界的生物降解◆廢水廢渣的生物處理生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）意義通過生物技術(shù)在木材制漿工業(yè)中的研究和應(yīng)用，制漿工業(yè)迫切期望能：◆降低纖維原料和化學(xué)藥品的消耗量◆提高紙漿得率◆改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量◆節(jié)約能耗◆減輕或消除對(duì)環(huán)境的污染◆經(jīng)濟(jì)效益好的新的原料品種生物技術(shù)的應(yīng)用必將為制漿造紙工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮巨大的推動(dòng)作用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用第2章 微生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)微生物的概念微生物的特點(diǎn)微生物的種類影響微生物的因素2.4

微生物的展望生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用自然界中N、C、S等元素循環(huán)農(nóng)業(yè),以菌造肥,以菌催長,以菌防病,以菌治病工業(yè),微生物應(yīng)用于食品、皮革、紡織、石油、化工、冶金等醫(yī)藥工業(yè)利用微生物制造抗生素、維生素、輔酶、ATP等藥物污水處理,利用微生物降解有機(jī)磷、氰化物等基因工程技術(shù)中提供多種工具酶和載體系統(tǒng),創(chuàng)建有益的工程菌新品種微生物與人類的關(guān)系微生物有少數(shù)微生物能引起人類和動(dòng)、植物的病害生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2.1

微生物的概念微生物（Microorganism，簡稱microbe）是一些肉眼看不見或看不清的微小生物的總稱?！?xì)菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動(dòng)物、顯微藻類等在內(nèi)的一大類生物群體生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物小的直觀感覺真核細(xì)胞型原核細(xì)胞型電鏡微生物的相對(duì)大小肉眼光學(xué)顯微鏡可見范圍病毒生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物大小近似值細(xì)胞特征病毒0.01～0.25μm非細(xì)胞的細(xì)菌0.1～10μm原核生物真菌2μm～1m真核生物原生動(dòng)物2～1000μm真核生物藻類1μm～m真核生物

微生物形態(tài)、大小和細(xì)胞類型生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的體積大小2μm0.5μm桿菌80個(gè)桿菌肩并肩總寬度=1根頭發(fā)絲的寬度1500個(gè)桿菌首尾相連總長度=1粒芝麻的長度單位：μm(10-6

m)或nm(10-9m)必須用顯微鏡觀察生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用各種“視野”下的細(xì)菌光鏡暗視野熒光透射電鏡超薄切片冷凍切片掃描電鏡DNA蛋白質(zhì)復(fù)合物生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2.2

微生物的特點(diǎn)

個(gè)體最小，比表面積最大（比表面積=面積/體積)比表面積: 假設(shè)人=1;大腸桿菌(E.coli)=300,000;有利于物質(zhì)交換和能量、信息的交換；微生物一系列屬性均與此特點(diǎn)密切相關(guān)。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用小體積大面積營養(yǎng)物質(zhì)吸收面代謝廢物的排泄面環(huán)境信息的交換面巨大巨大巨大微生物的生物學(xué)之最形態(tài)最簡代謝能力最強(qiáng)食譜最雜繁殖最快數(shù)量最多分布最廣種類最多變異最易個(gè)體最小生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的特點(diǎn)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用形態(tài)最簡微生物的特點(diǎn)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用代謝能力最強(qiáng)微生物的特點(diǎn)體

積越小，代謝越強(qiáng)是本身重量2000倍糖。◆1kg酵母菌在12小時(shí)內(nèi)，將幾噸糖轉(zhuǎn)化為酒精?！?克閃綠蜂鳥每天消耗兩倍于體重的糧食◆3克地鼠每天消耗與體重等重的糧食◆奶牛（500kg）在24h內(nèi)合成0.5kg蛋白質(zhì)◆微生物細(xì)胞在24h內(nèi)合成自身重量30-40倍的細(xì)胞物質(zhì)吸收多轉(zhuǎn)化快人類利用微生物生產(chǎn)許多產(chǎn)品，就是因?yàn)樗鼈兊纳舸竽c桿菌在1小時(shí)內(nèi)分解的糖物化學(xué)轉(zhuǎn)化能力特別強(qiáng)——“活的化工廠”。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的特點(diǎn)食譜最雜從無機(jī)物到有機(jī)物；從無毒物到有毒物；從結(jié)構(gòu)簡單到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，微生物都能利用和降解。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的特點(diǎn)大多數(shù)細(xì)菌的繁殖速度都很快如：大腸桿菌在適宜的生長條件下：12.5-20分鐘每小時(shí)經(jīng)24小時(shí)經(jīng)24小時(shí)繁殖1代分裂3代，由1個(gè)變成8個(gè)。分裂72代，重約4722噸可產(chǎn)生4.72×1021個(gè)后代。繁殖最快微生物因受營養(yǎng)、空間、代謝產(chǎn)物等條件限制，幾何級(jí)數(shù)的繁殖速度只能維持?jǐn)?shù)小時(shí)。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物代時(shí)及每日增殖率中的意義生產(chǎn)效率高，周期短微生物名稱代時(shí)(分)溫度日增殖率乳酸菌38252.7×1011大腸桿菌20374.7×1021根瘤菌110258.2×103枯草桿菌31307.2×1013光合細(xì)菌144301.0×103釀酒酵母120304.1×103念珠藻1380252.1硅藻1020202.64小球藻4202510.6在草工履業(yè)蟲應(yīng)用642264.92微生物種類繁多，至少有100萬種以上

如：人體的腸道中始終寄居著100～400種微生物，為腸道正常菌叢，總數(shù)可達(dá)100萬億。數(shù)量最多生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的特點(diǎn)分布最廣生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的特點(diǎn)分布廣微生物在自然界的分布：無處不在，無孔不入正常環(huán)境極端環(huán)境陸地：高山、平原、沙漠空氣：水域：河流、湖泊、生物體內(nèi)外高空：12000m深海底：10000m2000米深的地層溫泉分布種類最多生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的特點(diǎn)地球上的微生物：估計(jì)有100萬種以上已發(fā)現(xiàn)的微生物：約有20萬種

已開發(fā)利用的微生物：約1000種變異最易生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物的特點(diǎn)青霉素的使用劑量：1940年1980年：2000年：10萬元單位/次

輸液80萬單位/次輸液800萬-1000萬單位/次青霉素生產(chǎn)菌的發(fā)酵水平1940年2000年每毫升20單位每毫升10萬單位0.02μg/mL突變頻率一般為10-5～10-10，但因繁殖快，數(shù)量多，與外界環(huán)境直接接觸，因而在短時(shí)間內(nèi)可出現(xiàn)大量變異的后代。青霉素對(duì)金黃色葡萄球菌最低抑制濃度。200μg/mL生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2.3

微生物的種類原核生物按細(xì)胞類型分類：主要特征：無核膜、核仁、染色體，僅有裸露的DNA鏈形成的核區(qū)域e.g.細(xì)菌、放線菌、衣原體支原體、立克次氏體、藍(lán)細(xì)菌；真核生物主要特征：有核膜，核仁，染色體；有細(xì)胞器e.g.真菌（霉菌、酵母菌等）、原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類；非細(xì)胞生物主要特征：不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)，由核酸構(gòu)成，只能在活細(xì)胞內(nèi)復(fù)制e.g.病毒、類病毒、擬病毒等；生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用按門類分類：生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用1、真菌（Fungus）酵母菌蘑菇霉菌黃曲霉白腐菌生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用真菌是一種真核生物，具有真正的細(xì)胞核和完整的細(xì)胞器細(xì)胞既不含葉綠體，也沒有質(zhì)體，是典型異養(yǎng)生物種類多：約有150萬種，只有約7萬種為文獻(xiàn)所記載。中國：8-10萬種，已知8000種。典型的繁殖方式是產(chǎn)生各種類型的孢子霉菌的分生孢子生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用①食品與食品加工蘑菇、木耳、銀耳、香菇、草菇、雞叢、羊肚菌、口蘑、松口蘑、喉頭菌等。醬、醋、面包、奶酪、蒸饅頭、豆腐乳的制作（1）益處生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用②醫(yī)藥衛(wèi)生中藥：靈芝、茯苓、冬蟲夏草、馬勃、雷丸、豬苓。西藥：青霉素（penicillin）、灰黃霉素、頭孢霉素等。麥角菌素生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用③工業(yè)：酒精酶酒精制造：糖化酶淀粉單糖酒精糖化酶（根霉、毛霉）酒精酶（酵母菌）發(fā)酵工業(yè)：甘油、檸檬酸、乳酸、葡萄糖酸、延胡索酸。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用④農(nóng)業(yè)、園林：病蟲草害的生物防治菟絲子炭疽病菌。白僵菌防治害蟲幼蟲。木霉菌、擬青霉、輪枝菌等對(duì)其它真菌病原的拮抗作用、防治作用。非致病菌、致病菌的弱菌系誘導(dǎo)植物對(duì)致病菌的誘導(dǎo)抗性。植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)菌根菌：擴(kuò)大了植物根的吸收面積。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用⑤生態(tài)環(huán)境：物質(zhì)的生物循環(huán)：有機(jī)物的降解；地球生態(tài)系中，分解者，“清潔工”。地衣：固氮生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）害處①對(duì)植物的危害10,000多種真菌,70～80%的植物病害由真菌引起。產(chǎn)量損失，質(zhì)量下降真菌毒素麥角中毒黃曲霉素的致癌作用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用②人與動(dòng)物的病害與毒害：病害皮膚?。菏肿惆_，頭癬，牛、羊、狗的山谷熱等。肺部感染：原生動(dòng)物肺炎囊菌。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用毒害：毒菇許多真菌含有毒性物質(zhì)，引起人和動(dòng)物的中毒—致病、致死，如毒蘑菇80余種。腹鳴、嘔吐、幻覺、狂笑、精神錯(cuò)亂等。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用③木材、食品、飲料、衣物的腐爛變質(zhì)產(chǎn)生毒素：100余種，如黃曲霉毒素，致癌。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、細(xì)菌（Bacteria）細(xì)菌是原核生物界中具有細(xì)胞壁，細(xì)胞核無核膜包裹，存在裸露DNA的原始單細(xì)胞微生物生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用基本結(jié)構(gòu):細(xì)胞壁；

細(xì)胞膜；

細(xì)胞質(zhì)；

核質(zhì)體；特殊結(jié)構(gòu):莢膜；芽孢；鞭毛；（1）細(xì)菌的結(jié)構(gòu)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）細(xì)菌的基本形態(tài)螺菌細(xì)菌大小的測(cè)量單位：微米（μm）球菌桿菌螺形菌生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用二分裂方式（binary

fission）多數(shù)細(xì)菌繁殖一代所需時(shí)間約為20～30min。但少數(shù)細(xì)菌較長，如結(jié)核分枝桿菌為18～

20小時(shí)。（3）細(xì)菌個(gè)體的繁殖方式與速度生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用菌的分二分裂法繁殖

(Binary

fission)：細(xì)胞增大，DNA復(fù)制；橫隔形成；細(xì)胞分成兩個(gè)，DNA分別進(jìn)入子細(xì)胞；細(xì)胞分離。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）細(xì)菌的危害◆在人類活動(dòng)中，細(xì)菌是許多疾病的病原體，包括肺結(jié)核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由細(xì)菌所引發(fā)。◆在植物中，細(xì)菌導(dǎo)致葉斑病、火疫病和萎蔫等。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（4）細(xì)菌的用途◆細(xì)菌通常與酵母菌及其他種類的真菌一起用于發(fā)酵食品◆生態(tài)系統(tǒng)中的分解者◆細(xì)菌降解多種有機(jī)化合物的能力也常被用來清除污染生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3、放線菌(Actinomycetes)放線菌因菌落呈放線狀而的得名，是一個(gè)原核生物類群。菌絲菌絲細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與細(xì)菌基本相同，形態(tài)比細(xì)菌復(fù)雜些，但仍屬于單細(xì)胞生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用分布：主要存在于含有有機(jī)質(zhì)豐富的中性或偏堿性的土壤中，在空氣、淡水海水等處也有一定的分布生活類型：多數(shù)腐生，少數(shù)寄生（1）放線菌的分布和生活類型生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）放線菌個(gè)體的繁殖方式生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用放線菌的生活史生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）放線菌的危害◆有的放線菌能引起人和動(dòng)植物病害,如人類的皮膚病、肺病和足部感染等；◆有的放線菌能使水和食品變味,或破壞棉毛織品和紙張等。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（4）放線菌的用途◆生產(chǎn)抗生素的主要微生物全世界近萬種抗生素約70％是放線菌的次生代謝產(chǎn)物?！艉Y選到許多新的生化藥物Eg.抗癌劑、酶抑制劑、抗寄生蟲劑、免疫抑制劑和農(nóng)用殺蟲（殺菌）劑等。◆生產(chǎn)維生素和酶◆在甾體轉(zhuǎn)化、石油脫蠟、烴類發(fā)酵、污水處理等方面也有應(yīng)用◆具有極強(qiáng)的分解纖維素、石蠟、角蛋白、瓊脂和橡膠等的能力生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2.4

影響微生物的因素環(huán)境因子對(duì)微生物的影響主要有三種情況：有利于微生物進(jìn)行正常代謝；不利微生物的正常代謝，微生物生長受到抑制或被迫改變其原有的一些特征；惡劣的環(huán)境可造成微生物死亡或發(fā)生遺傳變異。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用一、物理因素溫度、水分、輻射、表面張力、液體滲透壓二、化學(xué)因素pH、氧化還原電勢(shì)、氧氣影響微生物的重要因素生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用溫度溫度主要通過影響微生物細(xì)胞膜的流動(dòng)性和生物大分子的活性來影響微生物的生命活動(dòng)。溫度高:1）細(xì)胞內(nèi)酶反應(yīng)速度加快，代謝和生長也相應(yīng)加快；2）生物活性物質(zhì)發(fā)生變性，細(xì)胞功能下降，甚至死亡。最適生長溫度:某微生物群體生長繁殖速度最快的溫度。溫度低:1）微生物的代謝活動(dòng)下降甚至停止；2）冰點(diǎn)以下的低溫往往造成微生物的死亡。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用水分微生物一般在αw為0.60～0.99的條件下生長,αw過低時(shí),微生物生長的遲緩期延長,比生長速率和總生長量減少。微生物不同，其生長的最適αw不同。水活度：在相同的溫度、壓力下，體系中溶液的水的蒸汽壓與純水的蒸汽壓之比,即Aω=p/p0.微生物生長的水活度范圍：Aω=0.63~0.99各種微生物生長的最低水活度值生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用水活度生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用輻射：是能量通過空間傳遞的一種物理現(xiàn)象。與微生物有關(guān)的輻射：電磁輻射：可見光、紫外光，電離輻射：χ、γ、β射線

。輻射生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用表面張力表面張力：液體表面的分子被它周圍和液體內(nèi)部的分子所吸引，在液體表面產(chǎn)生一種稱為表明張力的力量，使液體具有盡可能縮小表面積的性質(zhì).降低表面張力：有機(jī)酸、醇、肥皂、甘油、多肽、蛋白質(zhì)。增加表面張力：無機(jī)鹽 液面形成菌膜生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用大多數(shù)微生物適合在等 的環(huán)境下生長，而有的菌如Staphylococcus

aureus則能在3mol/LNaCl的高溶液中生長。能在高鹽環(huán)境（2.8-6.2/LNaCl）生長的微生物常被稱為嗜鹽微生物（Halophiles）。等 溶液——適宜微生物生長高 溶液——細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離低 溶液——細(xì)胞吸水膨脹，直至破裂透壓生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用pH: 各類微生物的最適生長pH值各不相同：細(xì) 菌：7.0~8.0 放線菌：7.5~8.5酵母菌：3.8~6.0

霉 菌：4.0~5.8在微生物的生長和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)的利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，培養(yǎng)基的初始pH值會(huì)發(fā)生改變，為了維持培養(yǎng)基pH值的相對(duì)恒定，通常采用下列兩種方式：內(nèi)源調(diào)節(jié)：在培養(yǎng)基里加一些緩沖劑或不溶性的碳酸鹽；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的碳氮比。外源調(diào)節(jié)：按實(shí)際需要不斷向發(fā)酵液流加酸或堿液pH生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用氧化還原電勢(shì)各種微生物對(duì)培養(yǎng)基的氧化還原電勢(shì)的要求：好氧微生物：+0.3~+0.4V,(在>0.1V以上的環(huán)境中均能生長).厭氧微生物：只能在+0.1V以下生長兼性厭氧微生物：+0.1V以上呼吸、+0.1V以下發(fā)酵培養(yǎng)基是多氧化還原偶的復(fù)雜電化學(xué)系統(tǒng)，測(cè)出的Eh值僅代表其綜合結(jié)果。對(duì)微生物影響最大的是：分子氧和分子氫的濃度培養(yǎng)基中常用的還原劑：巰基乙酸、抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用氧氣好氧性微生物根據(jù)對(duì)氧的需求與否，微生物可分好氧、厭氧微生物專性好氧性微生物(obligate

aerobes)兼性好氧性微生物(facultative

aerobes)微好氧性微生物(microaerophiles)耐氧性微生物(aerotolerant

anaerobes)厭氧性微生物專性厭氧性微生物(obligate

anaerobes)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2.5

微生物的展望微生物與人類面臨的五大危機(jī)微生物與糧食微生物與資源微生物與能源微生物與環(huán)境保護(hù)微生物與醫(yī)藥生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物與糧食提高土壤肥力,促進(jìn)糧食增產(chǎn)防治糧食作物的病蟲害防止糧食霉腐變質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和飼料蛋白生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物與資源利用微生物的轉(zhuǎn)化能力將無用的廢物變?yōu)橛杏玫脑仙锛夹g(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物與能源生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物與環(huán)境保護(hù)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物與醫(yī)藥抗生素、維生素、激素疫苗和菌苗等生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用第3章 酶學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)酶的概念酶的化學(xué)本質(zhì)與組成酶的催化特性酶的活性影響酶作用效果的因素酶的分類和命名工業(yè)用酶制劑的來源酶的分離與提純酶的應(yīng)用酶制劑生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用酶的發(fā)現(xiàn)1773年，意大利科學(xué)家斯帕蘭扎尼從實(shí)驗(yàn)中推斷胃液中含有消化食物的物質(zhì)。但是什么，當(dāng)時(shí)不清楚1836年，德國科學(xué)家施旺（T.Schwann）從胃液中提取出了消化蛋白質(zhì)的物質(zhì)。解開胃的消化之謎1926年，美國科學(xué)家薩姆鈉（J.B.Sumner）從刀豆種子中提取出脲酶的結(jié)晶，并通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)脲酶是一種蛋白質(zhì)20世紀(jì)80年代，美國科學(xué)家切赫和奧特曼進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.1

酶(Enzymes)的概念定義：酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化能力的生物催化劑酶是生物體內(nèi)進(jìn)行新陳代謝不可缺少的受多種因素調(diào)節(jié)控制的具有催化能力的生物催化劑生物學(xué)意義：能在體內(nèi)十分溫和的條件下高效率地起催化作用，并通過自我調(diào)節(jié)使生物體內(nèi)各種物質(zhì)處于不斷的有序的代謝之中。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用有關(guān)概念酶促反應(yīng)：酶作為催化劑催化進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)底物（S）：酶所作用和催化的化合物產(chǎn)物（P）：反應(yīng)經(jīng)酶催化后生成的化合物表示方法S

→

PE生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用酶與底物結(jié)合的模型:(1)“鎖鑰”模型整個(gè)酶分子的天然構(gòu)象是具有剛性結(jié)構(gòu)的，酶表面具有特定的形狀。酶與底物的結(jié)合如同一把鑰匙對(duì)一把鎖一樣。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用(2)“誘導(dǎo)契合”模型酶表面并沒有一種與底物互補(bǔ)的固定形狀，而只是由于底物的誘導(dǎo)才形成了互補(bǔ)形狀。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.2

酶的化學(xué)本質(zhì)與組成酶的化學(xué)本質(zhì)：絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)；少數(shù)酶是RNA或其復(fù)合體生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用單純酶結(jié)合酶

= 酶蛋白

+ 輔助因子（全酶）決定催化反應(yīng)的特異性（選擇E催化的S）決定催化反應(yīng)的類型（遞電子、氫或一些基團(tuán)）只含蛋白質(zhì)，不含其它物質(zhì)，其催化活性僅由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定全酶才有催化活性，如果兩者分開則酶活力消失輔助因子輔酶

：與酶蛋白結(jié)合得比較松的小分子有機(jī)物輔基：與酶蛋白結(jié)合得緊密的小分子有機(jī)物金屬激活劑

：金屬離子作為輔助因子酶酶的組成：生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.3

酶的催化作用1、酶的催化機(jī)理S

+

E

ES酶的作用：◆E與S暫時(shí)結(jié)合形成酶-底物復(fù)合物（ES）◆ES再反應(yīng)產(chǎn)生P，同時(shí)釋放E◆E可與另外的S分子結(jié)合，再重復(fù)這個(gè)循環(huán)。E

+

PES的活化狀態(tài)（過渡態(tài)）比無催化劑的該化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物活化分子含有的能量低得多生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用酶具有一般催化劑的特性：只能進(jìn)行熱力學(xué)上允許進(jìn)行的反應(yīng)可以縮短化學(xué)反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，而不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)通過降低活化能加快化學(xué)反應(yīng)速度（酶催化作用的實(shí)質(zhì)）2、酶的催化特性生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）酶與一般催化劑不同的特性：◆高效性◆專一性◆多樣性◆溫和性◆活性可調(diào)節(jié)性◆易變性生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.4

酶的活性的部位1、酶的活性部位定義：是指酶分子中直接與底物結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物專一性催化作用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用酶的活性部位所占含量較少，但決定酶的活力。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、酶活力酶活力定義：是指酶催化某一化學(xué)反應(yīng)的能力。表示：用在一定條件下所催化的某一化學(xué)反應(yīng)的速度來表示。酶活力單位國際單位—IU1IU=在酶反應(yīng)最適宜條件下，每分鐘催化1μmol底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需的酶量生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3、酶原（Zymogen）酶原——不具催化活性的酶的前體酶原的激活：酶原（無活性）激活劑

酶（有活性）激活的本質(zhì)——去除抑制性的肽段，經(jīng)變構(gòu)形成或暴露酶的活性中心舉例：消化酶、凝血酶、纖溶酶生理意義：◆保護(hù)酶的分泌器官、細(xì)胞本身不受蛋白酶的水解破環(huán)◆保證酶在其特定的部位與環(huán)境發(fā)揮其催化作用◆酶原還可以視為酶的貯存形式生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.5

影響酶作用效果的因素底物、溫度、pH值、酶的激活劑或抑制劑、酶的濃度生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（1）底物底物濃度的改變，對(duì)酶反應(yīng)速度的影響比較復(fù)雜：◆當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí)（底物濃度從0逐漸增高），反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系呈正比關(guān)系；◆隨著底物濃度的增加，反應(yīng)速度趨緩；◆如果再繼續(xù)加大底物濃度，反應(yīng)速度卻不再上升，趨向一個(gè)極限。（此時(shí)酶

的活性中心被底物飽和）[S]vVmax生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）pH1.最適pH表現(xiàn)出酶最大活力的pH值2.pH穩(wěn)定性在一定的pH范圍內(nèi)酶是穩(wěn)定的pH對(duì)酶作用的影響機(jī)制：環(huán)境過酸、過堿使酶變性失活；影響酶活性基團(tuán)的解離；影響底物的解離。pHv最適pH動(dòng)物酶多在pH=6.5-8.0之間；植物及微生物多在pH=4.5-6.5之間。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）溫度兩種不同影響：溫度升高，反應(yīng)速度加快； 原因是分子熱運(yùn)動(dòng)溫度升高，反應(yīng)速度降低； 原因是熱變性Tv最適溫度注：（1）酶的活性隨溫度下降而降低，但低溫一般不使酶破壞；（2）酶的最適溫度不是酶的特征性常數(shù)，它與反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（4）酶的激活劑或抑制劑激活劑——凡能夠提高酶活性的小分子物質(zhì)無機(jī)離子（Mg2+，Mn2+，Zn+，Ca2+，Na+，K+，Cl-）有機(jī)離子（Vc，EDTA，GSH等）抑制劑——凡能夠降低或抑制酶活性的物質(zhì)有機(jī)磷化合物，有機(jī)汞化合物，重金屬、烷化劑、氰化物、CO、青霉素等生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（5）酶的濃度當(dāng)?shù)孜餄舛冗h(yuǎn)大于酶濃度時(shí)，則酶促反應(yīng)速度與酶的濃度變化成正比。（即酶濃度越大，反應(yīng)速度越快）生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.6

酶的分類與命名1、酶的分類1961年國際酶學(xué)委員會(huì)（Enzyme

Committee,EC）根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型和機(jī)理，把酶分成6大類：氧化還原酶：催化底物的氧化或還原轉(zhuǎn)移酶：催化化合物中某些基團(tuán)的轉(zhuǎn)移水解酶：催化水解反應(yīng)裂解酶：催化一種化合物分裂為兩種化合物，或由兩種化合物合成一種化合物異構(gòu)酶：催化底物分子內(nèi)部的重排反應(yīng)合成酶：催化有ATP參加的合成反應(yīng)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用例：乳酸脫氫酶

EC1.

1.

1.

27第1大類，氧化還原酶

第1亞類，氧化基團(tuán)CHOH第1亞亞類，H受體為NAD+該酶在亞亞類中的流水編號(hào)編號(hào)

EC：n1.n2.n3.n4EC國際酶學(xué)委員會(huì)n1據(jù)反應(yīng)性質(zhì)分六大類n1=1——6n2n1下再分亞類n2=1——in3n2下再分亞亞類n3=1——in4在亞亞類中的排行n4=1——i生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、酶的命名系統(tǒng)名：底物名稱：底物名稱＋反應(yīng)類型＋酶乳酸+

NAD+

丙酮酸+

NADH

+

H+乳酸：NAD+氧化還原酶慣用名：只取一個(gè)較重要底物名稱和反應(yīng)類型，有的加來源乳酸：NAD+氧化還原酶

乳酸脫氫酶對(duì)于催化水解反應(yīng)的酶一般在酶的名稱上省去反應(yīng)類型：蛋白質(zhì)水解酶

（胰、胃、木瓜）蛋白酶生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.7

工業(yè)用酶制劑的來源1、工業(yè)用酶制劑的數(shù)量及主要種類工業(yè)上常用的酶只有數(shù)十種，而目前大量生產(chǎn)的僅有十余種。蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶是目前工業(yè)應(yīng)用的3大主要酶制劑：蛋白酶——去污劑、奶制品業(yè)、皮革業(yè)等；淀粉酶——烘焙、釀造、淀粉糖化和紡織業(yè)，脂肪酶——去污劑、食品和精細(xì)化工工業(yè)等。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、動(dòng)植物來源的酶植物和動(dòng)物來源的酶一般是食品工業(yè)的重要用酶。植物來源的酶主要有：木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶、麥芽淀粉水解酶、大豆脂肪氧合酶等。動(dòng)物來源的酶主要有：豬胰蛋白酶和胃脂肪酶等。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3、微生物來源的酶微生物是酶制劑的重要來源：①微生物繁殖速度快細(xì)菌在合適的條件下20～30min就可以繁殖一代，其生長速度為農(nóng)作物的500倍，為家畜的l000倍。②微生物種類繁多，酶的品種全如高溫酶、中溫酶和低溫酶，耐高鹽酶，耐酸、堿酶等③微生物培養(yǎng)方法簡單微生物培養(yǎng)所用的原料大多為農(nóng)副產(chǎn)品，來源豐富，易于大批量生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)有效。④利用微生物可以生產(chǎn)一些極端酶利用嗜極菌可生產(chǎn)極端酶。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用一些嗜極菌極端酶的應(yīng)用見下表生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.8

酶的分離與提純工業(yè)上大多采用微生物發(fā)酵的方法來獲得大量酶制劑。酶分離純化的三個(gè)基本步驟：抽提，純化，結(jié)晶或制劑。優(yōu)點(diǎn)：不受氣候、地理?xiàng)l件的限制；動(dòng)、植物體內(nèi)的酶大多可從微生物體內(nèi)找到；微生物繁殖快，產(chǎn)酶量豐富；可以用廉價(jià)原料大量生產(chǎn)。酶的純化鑒定：聚丙烯酰胺凝膠電泳法、等電聚焦電泳法等酶的保存：1、低溫（-20℃以下）；2、高濃度較穩(wěn)定；3、加入穩(wěn)定劑；4、固定化；5、干燥。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.9

酶的應(yīng)用酶已在食品加工、輕工業(yè)、醫(yī)學(xué)、分析檢測(cè)、生物工程等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用：◆淀粉酶應(yīng)用于食品、發(fā)酵、紡織、制藥等工業(yè)；◆蛋白酶用于醫(yī)藥、制革等工業(yè)；◆脂肪酶用于使脂肪水解、羊毛脫脂等生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3.10

酶制劑酶制劑——指從生物中提取的具有酶特性的一類物質(zhì)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用中國酶制劑生產(chǎn)企業(yè)有百余家，其中年銷售收入超億元的企業(yè)有１０家左右:◆山東隆大生物工程有限公司◆武漢新華揚(yáng)生物股份有限公司◆湖南鴻鷹祥生物工程股份有限公司◆湖南尤特爾生化有限公司◆青島康地恩生物科技有限公司生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用中國酶制劑產(chǎn)業(yè)存在的問題：研發(fā)投入和研發(fā)創(chuàng)新能力不足中國酶制劑企業(yè)用于開發(fā)新產(chǎn)品、改進(jìn)生產(chǎn)工藝的資金平均不到其產(chǎn)品銷售額的4.5%，人員投入也嚴(yán)重不足。主要原因是國內(nèi)酶制劑企業(yè)相對(duì)規(guī)模較小，全行業(yè)企業(yè)每年研發(fā)投入資金總量累計(jì)不足1億元人民幣。國外酶制劑企業(yè)研發(fā)投入一般占總銷售額的10%以上。諾維信公司近３年的研發(fā)投入一直維持在銷售總額的13%以上，2010年研發(fā)投入折合人民幣為16.9億元左右。研發(fā)投入的嚴(yán)重不足，導(dǎo)致中國酶制劑企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備薄弱，發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。生產(chǎn)工藝及設(shè)備水平相對(duì)落后國內(nèi)酶制劑生產(chǎn)大多采用較為傳統(tǒng)的發(fā)酵、分離提取技術(shù)和制劑制備技術(shù)，造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)、產(chǎn)品純度不高、產(chǎn)品質(zhì)量偏低等問題。國外酶制劑生產(chǎn)過程中，廣泛采用基因工程、蛋白質(zhì)工程、人工合成、模擬和定向進(jìn)化改造等技術(shù)。酶制劑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理、應(yīng)用深度不夠中國酶制劑仍以傳統(tǒng)酶制劑種類（糖化酶、淀粉酶、蛋白酶等）為主，缺少高端酶制劑產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)不合理。目前，國外酶制劑企業(yè)正在大力發(fā)展液劑型、顆粒型產(chǎn)品，重視固定化酶的發(fā)展。國際酶制劑的主流是附加值高的復(fù)合酶。復(fù)合酶的開發(fā)需以酶制劑生產(chǎn)和應(yīng)用的綜合技術(shù)為背景生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用作業(yè)1、生物技術(shù)在造紙工業(yè)中的應(yīng)用范圍及意義；2、微生物概念和特點(diǎn)；3、影響微生物的重要因素有哪些？4、酶的概念及其生物學(xué)意義5、酶的化學(xué)本質(zhì)及組成，以及影響酶作用效果的因素第4章

木質(zhì)纖維的生物降解概述生物降解降解植物纖維的微生物降解植物纖維的酶纖維素的生物降解半纖維素的生物降解木素的生物降解木素降解和纖維素、半纖維素降解的關(guān)系生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用4.1概述一、生物降解生物降解：在細(xì)菌、真菌、藻類等自然界存在的微生物作用下能發(fā)生化學(xué)、生物或物理作用而降解或酶解的過程。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物降解材料包裝膠帶食品包裝袋農(nóng)用地膜可降解自由樹脂的塑料油墨、顏料生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物降解機(jī)理:◆首先，高分子材料的表面被微生物粘附，微生物粘附表面的方式受高分子材料表面張力、表面結(jié)構(gòu)、多孔性、溫度和濕度等環(huán)境的影響?！羝浯危⑸镌诟叻肿硬牧媳砻嫔纤置诘拿缸饔孟?，通過水解和氧化等反應(yīng)將高分子斷裂成低相對(duì)分子質(zhì)量的碎片?！羧缓?，微生物吸收或消耗低相對(duì)分子質(zhì)量的碎片（一般相對(duì)分子質(zhì)量低于

500），經(jīng)過代謝最終形成

CO2、H2O等無機(jī)物。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用植物纖維原料腐朽方式白腐（White-rot）褐腐（Brown-rot）軟腐（Soft-rot）分別降解植物纖維細(xì)胞壁中的一種或多種組分自然界中木質(zhì)纖維降解，表現(xiàn)為木質(zhì)腐朽木質(zhì)腐朽：指由于木腐菌的侵入，逐漸改變木材的顏色和結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞壁收到破壞，物理、力學(xué)性質(zhì)隨之發(fā)生變化，最后變得松軟易碎，呈篩孔狀或粉末狀等形態(tài)。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用類型特征白腐木質(zhì)纖維變白或變色；一般有斑點(diǎn)，某些菌種在木質(zhì)纖維上形成白塊；木質(zhì)纖維仍保留原體積。褐腐隨腐朽加深，細(xì)胞壁收縮和變蔫；木質(zhì)纖維變色，變成褐色且變軟；木質(zhì)纖維迅速變脆。軟腐只有濕材能發(fā)生；有黯淡的灰色到褐色；木質(zhì)纖維變軟，并出現(xiàn)微小裂痕。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用參與木質(zhì)纖維降解的微生物主要有真菌、細(xì)菌、放線菌，很多微生物都沒有獨(dú)立降解木質(zhì)纖維的能力二、降解植物纖維的微生物生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用微生物形成的泡囊結(jié)構(gòu)微生物對(duì)木質(zhì)纖維降解的形態(tài)觀察生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（1）真菌通過孢子或菌絲感染木質(zhì)纖維，然后以特異的酶進(jìn)攻纖維細(xì)胞壁，造成木質(zhì)纖維降解，表現(xiàn)為木質(zhì)腐朽。類型降解物作用途徑菌種能將木素徹底

氧化性降解為CO2和

H2O，也可降解碳水化合物黃孢原毛平革菌、雜色木白腐菌生長在細(xì)胞云芝、雙帽弧菌、焦菌、腔，菌絲從射脈菌、灰腐質(zhì)霉細(xì)胞腔內(nèi)向外伸展而侵蝕細(xì)胞壁、胞間層褐腐菌優(yōu)先作用碳水

化合物，對(duì)木素的降解有限茯苓、香干酪菌、潔麗香菇、革裥菌、粉孢革菌、松生擬層孔菌等對(duì)碳水化合物

的作用十分明顯，對(duì)木素作用很少黑曲霉、纖維水解毛殼菌、軟腐菌里氏木霉、鐮孢、微紫青霉、炭團(tuán)菌、炭角菌等在細(xì)胞次生壁形成空洞生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）細(xì)菌細(xì)菌一般緩慢地降解纖維物料，發(fā)生在表面含水多的

組分。由于滲透能力差，一般和霉菌一起侵入纖維物料細(xì)

胞。細(xì)菌在植物纖維不同方式的腐朽中也起著一定的作用。作用途徑：在薄壁細(xì)胞繁殖，進(jìn)入相鄰細(xì)胞和管胞降解物：能降解纖維素，降解木素能力較小，不能降解縮合型木素對(duì)木質(zhì)纖維的降解模式：腐蝕、鉆孔、中空化菌種：瘤胃菌、琥珀纖維細(xì)菌、白色瘤胃球菌、生黃瘤胃球菌生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）放線菌部分菌絲狀放線菌也積極降解木質(zhì)纖維物料作用途徑：在導(dǎo)管、纖維和薄壁細(xì)胞繁殖降解物：能降解碳水化合物、木素對(duì)木質(zhì)纖維的降解效果：腐蝕，另外還能破壞薄壁細(xì)胞、石細(xì)胞菌種：鏈霉菌薄壁細(xì)胞石細(xì)胞放線菌生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用三、降解植物纖維的酶由于木材和其它植物纖維細(xì)胞壁的成分復(fù)雜性，降解其中的組分要求各種不同的酶?！衾w維素酶◆半纖維素酶◆木素降解酶◆果膠酶◆蛋白酶◆淀粉酶◆······生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用纖維素結(jié)構(gòu)示意圖纖維素是由葡萄糖苷通過β-l,4-糖苷鍵聯(lián)接起來的鏈狀高分子。4.2纖維素的生物降解生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用1、纖維素生物降解機(jī)制模式生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用0周2周

4周

0周纖維在污泥中填埋降解前后的外觀照片2周4周生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用軟腐菌白腐菌好氧細(xì)菌瘤胃細(xì)菌黑曲霉黃孢原毛平革菌芽孢桿菌溶纖維丁酸弧菌鐮孢雜色木云芝菌纖維弧菌白色瘤胃球菌粗糙脈孢菌嗜松青霉側(cè)孢菌雙孢小雙孢菌熒光假單胞菌Fibrobactersuccinogenes里氏木霉褐腐菌瘤胃真菌厭氧細(xì)菌放線菌粉孢革菌Caecomyces

communis纖維水解醋弧菌鏈霉菌革裥菌Nedcallimastixfrontailis纖維梭菌耐熱放線菌臥孔菌Piromyces

communis熱纖梭菌黑耐放線菌瘤蓋干酪菌2、降解纖維素的微生物生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用定義：是具有纖維素降解能力酶的總稱。在降解纖維素時(shí)起生物催化作用，是多組分酶體系。3、纖維素酶生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用分為三大類：纖維素的徹底降解至少需要這3組纖維素酶的協(xié)同作用外切酶：可以水解纖維素結(jié)晶區(qū),從纖維素鏈的還原端或非還原端開始持續(xù)水解，釋放纖維二糖內(nèi)切酶:主要作用于纖維素的非結(jié)晶區(qū)，隨機(jī)水解纖維素鏈中的糖苷鍵，把纖維素長鏈切斷，轉(zhuǎn)化成為大量不同聚合度的纖維素短鏈，使得纖維素分子的聚合度降低，可供外切酶作用的纖維素鏈末端數(shù)

增加β-葡萄糖苷酶:主要水解纖維二糖和可溶性纖維寡糖，最終將纖維素轉(zhuǎn)化為可利用的葡萄糖生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用纖維素酶的應(yīng)用類別應(yīng)用生物轉(zhuǎn)換纖維素物料用生物轉(zhuǎn)換成糖，以生產(chǎn)乙醇、其它溶劑、有機(jī)酸和單細(xì)胞蛋白紡織牛仔褲和其它纖維紡織品的生物碾壓和生物拋光洗滌劑作為洗滌成分食品提高淀粉和蛋白質(zhì)的提取率，水果和蔬菜的浸軟和色料提取醫(yī)藥添加至消化酶家畜飼養(yǎng)飼料添加物和改進(jìn)儲(chǔ)存品質(zhì)制漿造紙酶脫墨，提高紙漿懸浮液的游離度環(huán)境保護(hù)廢水的處理與凈化生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用半纖維素是由幾種不同類型的單糖構(gòu)成的異質(zhì)多聚體，這些糖是五碳糖和六碳糖，包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。4.3半纖維素的生物降解生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用免疫技術(shù)標(biāo)記的黃竹和麥草細(xì)胞壁半纖維素的CLSM掃描圖片生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用半纖維素酶的應(yīng)用類別應(yīng)用生物轉(zhuǎn)換酶降解聚糖可以發(fā)酵成木糖醇、乙醇、其它化學(xué)品和單細(xì)胞蛋白紡織漚亞麻食品提取咖啡和植物油、提高淀粉回收、生產(chǎn)谷類、生產(chǎn)濃縮食品、純化果汁和酒、從木聚糖生產(chǎn)木寡糖飼料提高貯藏飼料的營養(yǎng)制漿造紙酶的預(yù)漂白、剝皮、磨漿以及生產(chǎn)溶解漿生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用酶細(xì)菌真菌酶細(xì)菌真菌β-1,4木聚糖酶短小芽孢桿菌枯草桿菌丙酮丁醇梭菌黑曲霉尖鐮孢溫特曲霉S酯酶Fibrobactersuccinogenes熱纖梭菌黑曲霉

海藻曲霉里氏木霉食木聚糖鏈霉菌康寧木霉β-1,4木糖苷酶熱纖梭菌短小芽孢桿菌黑曲霉羅耳伏革菌β-1,4甘露聚糖酶產(chǎn)氣氣桿菌枯草桿菌黑曲霉

里氏木霉Acetotibrio沃特曼青霉變鉛青鏈霉菌擬青霉cellulolyticus里氏木霉α-阿拉伯糖苷酶淺絳紅鏈霉菌枯草芽孢桿菌白色瘤胃球菌黑曲霉羅耳伏革菌里氏木霉β-1,4甘露糖苷酶枯草桿菌黑曲霉

泡盛曲霉硫色多孔菌α-葡糖苷酸酶里氏木霉二孢蘑菇糙皮側(cè)耳α-半乳糖苷酶枯草桿菌

纖維單胞菌黑曲霉齊整小核菌溜曲霉1、降解半纖維素的微生物生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用半纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)行酶降解需要各種不同的酶，其中主要的兩種半纖維素酶為：木聚糖酶（Xylanase）甘露聚糖酶（Mannase）2、半纖維素酶生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用木素——苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元通過醚鍵、碳-碳鍵聯(lián)接而成的芳香族高分子化合物4.3木素的生物降解生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用菌絲的生長經(jīng)由導(dǎo)管和細(xì)胞腔開始，通過細(xì)胞壁的紋孔向相鄰纖維蔓延菌絲生長過程中分泌出木素降解酶，從細(xì)胞腔向細(xì)胞壁各層作用，逐漸擴(kuò)展至胞間層酶的催化作用，木素結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)發(fā)生單電子氧化反應(yīng)形成苯氧自由基，隨后發(fā)生一系列非酶催化的自由基反應(yīng)而降解木素的降解產(chǎn)物再被菌絲體吸收，進(jìn)一步氧化成為二氧化碳和水伴隨著細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)松弛和部分碎解，以及烷基芳基醚包括甲氧基的脫除，側(cè)鏈上Cα-Cβ，Cβ-Cγ鍵的斷裂，直至苯環(huán)的裂解等等1、微生物降解木素的過程生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用菌絲生長對(duì)木素的降解過程生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、降解木素的微生物生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用酶類催化反應(yīng)酶的產(chǎn)生菌種木素過氧化氫酶（LiP）苯基丙烷側(cè)鏈C-C鍵、醚鍵的斷裂，芳香環(huán)開裂，酚類聚合物的解聚黃孢原毛平革菌鏈霉菌錳過氧化物酶（MnP）酚的氧化，C-C鍵、醚鍵的氧化裂解黃孢原毛平革菌以及某些白腐菌漆酶（Laccase）酚的氧化，C-C鍵、醚鍵的氧化裂解雜色木云芝菌，以及某些白腐菌和某些植物種類加雙氧酶，芳基醇脫氫酶該酶與LiP的協(xié)同作用使芳環(huán)開環(huán)，苯基丙烷Cα乙醛被還原黃孢原毛平革菌射脈菌假單胞菌醌氧化還原酶醌的還原黃孢原毛平革菌白腐菌類3、木素降解酶生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用木素降解酶的應(yīng)用類別應(yīng)用食品和飼料生產(chǎn)蘑菇；改善木材與谷草的熟化性能以及用作動(dòng)物的飼料化工對(duì)分離木素的改性以及生產(chǎn)有用的木素和化學(xué)品環(huán)保處理硫酸鹽漿漂白廢液和有機(jī)廢液如PAHs、PCBs和二噁英生物傳感器檢定纖維糊精；用CDH測(cè)量各種漿的纖維表面制漿造紙生物制漿與生物漂白；紙漿纖維改性；木片脫木素以減少機(jī)械與化學(xué)制漿的能耗生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用4.5

木素降解和纖維素、半纖維素降解的關(guān)系木質(zhì)纖維生物降解的兩條不同降解途徑：（1）多糖（纖維素/半纖維素）降解途徑（2）木素降解途徑是微生物的優(yōu)良碳源和能源，又作為木素降解系統(tǒng)誘導(dǎo)物還可氧化產(chǎn)生內(nèi)酯和H2O2，參與微生物基本的新陳代謝纖維素/半纖維素酶多糖酶單糖是木素降解的基礎(chǔ)和啟動(dòng)步驟相互影響，相互聯(lián)系生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用木質(zhì)纖維代謝過程中木素降解和多糖（纖維素/半纖維素）降解的關(guān)系生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用第5章 生物改良樹種和原料的生物處理生物改良樹種原料的生物處理生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用5.1

生物改良樹種1、目的既能速生豐產(chǎn)，又具有良好的制漿造紙性能的樹種生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、主要表現(xiàn)用新的細(xì)胞培養(yǎng)或組織培養(yǎng)技術(shù)來縮短無性繁殖優(yōu)良樹種所需的時(shí)間;用基因工程來設(shè)計(jì)合乎制漿造紙需要的優(yōu)質(zhì)樹種;通過菌根真菌、固氮菌和生物治蟲劑的作用使樹木的營養(yǎng)狀況和生長狀況獲得改善;用遺傳學(xué)來控制木材組分中的木素、纖維素的含量，使其易于制漿，從而降低化學(xué)藥品的用量和能耗。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用3、關(guān)鍵問題植物纖維原料和紙制品植物纖維原料質(zhì)量決定于遺傳、樹齡以及環(huán)境培育；對(duì)造紙至關(guān)重要的是纖維結(jié)構(gòu)特性。繁殖和再生周期樹木再生周期較長，難以控制其繁殖人類和環(huán)境土壤、空氣和水的污染生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用例-1（楊樹）美國Michigan技術(shù)大學(xué)通過基因工程對(duì)楊樹進(jìn)行改性，使楊樹中木素含量降低45%，而纖維素含量可達(dá)75%，這種改性后的楊木有利于制漿造紙。速生楊速生楊樹均屬黑楊派無性系，是從美洲黑楊和歐洲黑楊中選育出的優(yōu)良品種。特點(diǎn)：繁殖容易，生長迅速，不污染環(huán)境，抗病蟲、耐旱澇、適應(yīng)性強(qiáng)等.生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用例-2（桉樹）速生桉快速生長的經(jīng)濟(jì)林種。種類繁多，它適應(yīng)性強(qiáng)具有速生豐產(chǎn)的特點(diǎn)，是世界四大速生樹種之一。負(fù)面影響：抽水機(jī)抽肥機(jī)霸王樹施毒機(jī)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用例-3（轉(zhuǎn)基因研究）棉花規(guī)模化轉(zhuǎn)基因技術(shù)：轉(zhuǎn)基因植株成活率由30-40%提高到90%以上，緩苗期由原來的60-70天縮短為10天左右轉(zhuǎn)基因楊樹：玉米基因ugt能控制植物生長素酶的合成，將該基因植入山楊、白楊和雪松中，含ugt玉米基因的

這些樹種生長速度大大增加白樺樹克隆研究：從最漂亮的花紋木質(zhì)白樺樹的莖中提取細(xì)胞和愈創(chuàng)組織，再培育克隆白樺樹。試驗(yàn)證明，克隆的白樺樹生長速度更快。轉(zhuǎn)基因抗鹽堿楊樹：用轉(zhuǎn)基因現(xiàn)代生物技術(shù)獲得的新品種。不僅抗鹽堿，而且速生，皮色青綠細(xì)膩，樹型美觀生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用例-4（降低植物木素含量和結(jié)構(gòu)）將松柏醇脫氫酶基因（CAD，負(fù)責(zé)木素單體合成的最后一步反應(yīng)）導(dǎo)入煙草和毛白楊中，使CAD酶活性明顯降低?！咀饔茫耗舅氐暮考敖M成沒有明顯變化，但木素中醛類的含量卻有些增加】制漿實(shí)驗(yàn)：利用3月齡的毛白楊進(jìn)行堿法制漿試驗(yàn)表明，在不影響纖維素降解的情況下，卡伯值可降低22%。這也是首例用于制漿實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)基因植物，表明利用此項(xiàng)技術(shù)在降低制漿用堿量方面具有良好的發(fā)展前景生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用5.2

原料的生物處理供造紙用的植物原料，其纖維素含量越高越好，而木素含量越低，則所消耗的化學(xué)藥品就越少，制漿產(chǎn)生的廢液污染負(fù)荷也就越小生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用原木的剝皮原料的生物處理除去木片中的樹脂木材剝皮后仍會(huì)殘留少量樹皮,使紙漿塵埃點(diǎn)多,且增加制漿堿耗防止木片貯存過程中纖維損失木片貯存時(shí)間越長,纖維的氧化降解損失就越多,從而降低紙漿得率和強(qiáng)度性質(zhì)造成樹脂障礙生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（一）原木的剝皮原因：由于木材剝皮后仍會(huì)殘留少量樹皮引起問題：使紙漿塵埃點(diǎn)多,且增加制漿堿耗,所以木材需要徹底剝皮。但過度的機(jī)械作用會(huì)使得原料損失,能耗增加。生物處理方法：采用果膠酶降解木材與樹皮的形成層內(nèi)的果膠質(zhì)，使樹皮與木材松脫，可以改進(jìn)剝皮效果，降低剝皮能耗及原料損失，從而無形中也降低了廢水中的污染物含量生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用e.g.先進(jìn)行機(jī)械剝皮,然后將樹皮沒有剝干凈的樹木挑出放在一起,噴灑上酶液,再進(jìn)行機(jī)械剝皮,結(jié)果如下：生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（二）除去木片中的樹脂原因：木材中含有樹脂引起問題：造紙?jiān)现械臉渲滓饦渲系K，造成紙機(jī)運(yùn)行時(shí)頻繁斷紙以及紙病的出現(xiàn)，限制了紙機(jī)車速，大大影響了生產(chǎn)效率和成品質(zhì)量生物處理方法：將菌液噴淋在木片上，降解樹脂生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用e.g.將白腐菌液接種到松木片上，在室溫下放置2-3天后，結(jié)果如下：生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（三）防止木片貯存過程中纖維損失原因：木材中纖維的氧化降解引起問題：木片貯存時(shí)間越長，纖維的氧化降解損失就越多，從而降低紙漿得率和強(qiáng)度性質(zhì)生物處理方法：先布撒堪茸菌或金色穴茸菌先除去一小部分木素，然后布撒乳酸菌，以減少纖維的損失。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用第6章 生物技術(shù)在制漿中的應(yīng)用純生物制漿生物機(jī)械法制漿生物預(yù)處理化學(xué)法制漿生物制漿存在的問題生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用概念目前微生物降解木素的能力還遠(yuǎn)沒有達(dá)到生物制漿的要求借助微生物及其產(chǎn)生酶的作用進(jìn)行生物預(yù)處理，再與制漿相結(jié)合的生產(chǎn)紙漿的過程一般采用白腐菌生物制漿：利用微生物所具有分解木素的能力，來除去制漿原料或紙漿中木素，使植物組織與纖維彼此分離制成紙漿的過程。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用6.1

純生物制漿從源頭上避免環(huán)境污染；降低能源消耗避免原料的長途運(yùn)輸;設(shè)備簡單，建廠投資少;生產(chǎn)工藝容易掌握。菌種開發(fā)和擴(kuò)大繁殖技術(shù)困難；酶價(jià)格昂貴；處理時(shí)間長。采用純微生物降解制漿工藝，整個(gè)制漿過程不加任何酸、堿類化學(xué)物質(zhì)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)目前國內(nèi)外這一研究多停留在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的探索水平，短期內(nèi)尚難在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用研究實(shí)例（1）——實(shí)驗(yàn)室小型純生物制漿麥草、稻草、蘆葦、甘蔗渣、棉桿和楊木等降解菌體液為0.1%～0.8%和0.5%～2%的輔助培養(yǎng)基；溫度30～50℃，降解時(shí)間48h生物降解原料再蒸煮在溫度125℃，氣壓0.125Mp條件下再蒸煮3h粗漿料上磨成漿簡單滅菌用蒸汽簡單滅菌生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用方法：蒸煮球容積為25m3，一次裝入鍘成長約3cm的麥草，再加入復(fù)合生物降解菌液。研究實(shí)例（2）——規(guī)模生產(chǎn)麥草純生物漿生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用廢液中含鈉最多，其次為鉀，再次為鈣和硫；

有害重金屬含量不高；

有機(jī)質(zhì)和腐殖酸含量高；從殘液中未檢測(cè)出甲苯、苯、苯酚和甲醛等有害

有機(jī)化合物。將此生物漿造瓦楞紙以生產(chǎn)包裝箱，品質(zhì)超過國家C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果如下：生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用6.2

生物機(jī)械法制漿生物機(jī)械制漿是以微生物代替化學(xué)藥品對(duì)木片進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行機(jī)械磨漿。盤磨機(jī)鏈?zhǔn)侥ツ緳C(jī)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用方法木片在機(jī)械磨漿前用木素降解菌處理,使木片中的木素得到改性。生物機(jī)械制漿流程圖（一）——填充床反應(yīng)器生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物機(jī)械制漿流程圖（二）——木片堆系統(tǒng)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用效果使紙漿質(zhì)量達(dá)到化學(xué)熱磨機(jī)械漿的質(zhì)量可以明顯地降低磨漿能耗，提高紙漿強(qiáng)度性質(zhì)，同時(shí)可降低污染負(fù)荷。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用研究實(shí)例（1）——白腐菌預(yù)處理麥草生物制漿麥草生物預(yù)處理：經(jīng)濕熱(125℃)滅菌30min后進(jìn)行接種，將接種完畢的麥草放入恒溫(28℃)生物培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用研究實(shí)例（2）——白腐菌預(yù)處理制蔗渣生物機(jī)械漿實(shí)驗(yàn)方法：將蔗渣在120℃下于蒸煮鍋中處理45min，加水使水分提高到75%，再將白腐菌培養(yǎng)基和營養(yǎng)液加到原料中并充分混合。采用固定床反應(yīng)器培養(yǎng)，反應(yīng)器在培養(yǎng)前用高壓蒸汽消毒10min。接種了的原料在27℃和60%的相對(duì)濕度下培養(yǎng)14天。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用白腐菌預(yù)處理后原料生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用6.3

生物預(yù)處理化學(xué)法制漿目的——是通過生物方法預(yù)處理木片，以減少漂白化學(xué)藥品的用量和減輕漂白廢水污染負(fù)荷。實(shí)現(xiàn)途徑①在達(dá)到相同紙漿硬度的前提下，減少蒸煮化學(xué)藥品用量和能量消耗；②在化學(xué)藥品用量不變的情況下，降低紙漿的硬度，以減少后續(xù)漂白的藥品用量或無氯漂白的需要。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用研究實(shí)例——白腐菌預(yù)處理對(duì)麥草NaOH-AQ制漿性能的影響麥草白腐菌預(yù)處理：將麥草放入培養(yǎng)瓶中，滅菌，接種（白腐菌），然后在溫度為27～28℃、相對(duì)濕度70%左右的條件下處理半個(gè)月和一個(gè)月，然后取出麥草稈，將其表面菌絲清除干凈，以備蒸煮用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用蒸煮：經(jīng)生物預(yù)處理和未預(yù)處理的麥草采用AP法在8×1L回轉(zhuǎn)甘油浴蒸煮罐內(nèi)進(jìn)行蒸煮生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用6.4

生物制漿存在的問題1、木素的存在狀況木素的含量與結(jié)構(gòu)隨原料種類不同而不同；原料細(xì)胞壁中，不同區(qū)域的木素含量與結(jié)構(gòu)也不同；木素與半纖維素之間存在化學(xué)連接，形成木素與碳水化合物復(fù)合體（LCC）。蒸煮后期溶出的半纖維素可能回吸到纖維表面，阻礙殘余木素溶出，并與殘余木素形成LCC。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、生物制漿過程中存在的主要困難（1）木素生物降解的困難性①木素是植物組織進(jìn)化的產(chǎn)物②木素難以被微生物所利用③木素降解酶酶活力較低④木素降解酶是復(fù)合酶系，受到多種調(diào)節(jié)因子的控制（2）木素降解酶產(chǎn)生菌擴(kuò)大培養(yǎng)的困難自然界中具有木素降解能力的微生物并不多，生長緩慢（3）生物制漿過程中伴有纖維素的降解木素降解酶產(chǎn)生菌在伴隨自身生長繁殖過程中，需靠消耗多糖類物質(zhì)來加以補(bǔ)充、供給生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用作

業(yè)1、纖維素酶的分類及其作用；2、微生物降解木素的過程。3、生物改良樹種的目的、主要表現(xiàn)和擬解決的關(guān)鍵問題4、原料的生物處理主要有哪些內(nèi)容5、什么是生物制漿，主要有哪幾類，生物制漿存在何問題生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用第7章生物技術(shù)在漂白中的應(yīng)用基本概念生物漂白木聚糖酶的輔助漂白作用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用7.1基本概念生物漂白利用微生物或其分泌的酶，分解紙漿中的殘余木素，使之降解溶出,達(dá)到提高紙漿白度的目的。主要作用：提高紙漿的可漂性，降低漂白過程的用氯量，減輕漂白過程的污染程度生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用紙漿生物漂白的酶主要分為兩大類:半纖維素酶——包括木聚糖酶和聚甘露糖酶;木素降解酶——包括木素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶現(xiàn)在認(rèn)為生物漂白是利用木素降解酶酶系，在木聚糖酶的協(xié)同作用下，分解紙漿中的殘余木素，并使之溶出的過程生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用7.2

生物漂白一、利用白腐菌的生物漂白1、白腐菌菌種用培養(yǎng)能分解木素的白腐菌來代替?zhèn)鹘y(tǒng)漂白過程中的脫木素，實(shí)驗(yàn)室研究中白腐菌菌種有：（1）黃孢原毛平革菌處理?xiàng)l件：pH=4.6，溫度39℃，時(shí)間72h處理效果：竹漿——kappa值由31.8降至10.6，降低66.7%麥草漿——kappa值由12.7降至7.0，降低38.6%桉木漿——kappa值降低54.2%針葉木漿——kappa值降低43.3%缺點(diǎn)：粘度明顯降低生物技術(shù)在制漿造紙中（2）雜色木云芝菌處理樣處理時(shí)間Kappa值白度漂白效果HWKP未漂漿5天由11.9降至7.9由33%ISO提高到48%ISO經(jīng)DED漂白后白度達(dá)82%ISOSWKP未漂漿14天由30降至

8.5—經(jīng)DED漂白白度達(dá)到61%ISO（不經(jīng)處理只有

33%ISO）云芝的應(yīng)用生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）IZU-154處理樣處理時(shí)間Kappa值白度漂白效果HWKP未漂漿5天由20.9降至8.5由23.7%ISO提高到52%ISO經(jīng)FCED漂白后白度達(dá)88%ISOSWKP未漂漿5天由40降至21.7由23%ISO提高到27%ISO—12天由40降至6.9由23%ISO提高到52%ISO—生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、白腐菌紙漿漂白存在問題伴隨紙漿可漂性提高，纖維強(qiáng)度降低由于白腐菌培養(yǎng)中存在纖維素酶，使得紙漿黏度降低。解決方法：補(bǔ)加一定葡萄糖，抑制白腐菌分泌纖維素酶的速率；選育纖維素酶缺陷型的白腐菌。白腐菌培養(yǎng)液處理未漂紙漿時(shí)間太長一般需要數(shù)天至十多天時(shí)間，大大影響制漿過程的速度，難以滿足制漿造紙工業(yè)化生產(chǎn)要求。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用二、利用木素降解酶的生物漂白利用微生物產(chǎn)生的酶來處理紙漿，達(dá)到漂白紙漿或改善制漿可漂性的過程稱為酶法漂白。1、漆酶/介體系統(tǒng)（LMS）（1）LMS生物漂白的酶催化中介體漆酶/介體系統(tǒng)(laccase-mediator-system,LMS)指漆酶在中介體和氧氣存在下進(jìn)行脫木素或漂白過程。漆酶——含銅的酚氧化酶（漆酶只能還原酚型木素，不能氧化還原非酚型木素）中介體——容易得失電子，起電子傳遞體的作用氧氣——作為氧化劑優(yōu)點(diǎn)：LMS能氧化非酚型木素結(jié)構(gòu)生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用LMS生物漂白過程中介體的化學(xué)反應(yīng)漆酶在氧氣作用下氧化中介體形成小分子自由基，并

擴(kuò)散到紙漿中，然后與紙漿中的木素反應(yīng)，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，在使木素形成自由基，然后木素自由基發(fā)生一系列的非酶

反應(yīng)，使木素發(fā)生降解反應(yīng)。中介體是漆酶氧化非酚型木素結(jié)構(gòu)的必要條件生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用幾種典型的漆酶中介體及其性質(zhì)漆酶的氧化電位較低（0.5-0.6V）漆酶在漂白過程的應(yīng)用關(guān)鍵是尋找高效、低廉、低毒的中介體生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用云杉細(xì)胞壁胞間層KP蒸煮過程中脫木素的計(jì)算機(jī)模型生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用未漂KP漿纖維的次生壁被漆酶、ABTs以及Mn3+作用機(jī)制：次生壁中的微細(xì)纖維的孔徑經(jīng)KP蒸煮變大，但還不足以使漆酶和MnP通過微孔擴(kuò)散到次生壁內(nèi)部，只允許中介體ABTs和錳離子通過微孔擴(kuò)散到次生壁內(nèi)部進(jìn)行生物漂白反應(yīng)，起脫木素作用。生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（2）LMS生物漂白中木素和碳水化合物的反應(yīng)非酚型β-氧-4木素模型物L(fēng)MS芳環(huán)斷裂、β

-醚鍵斷裂、

Cα-C

β斷裂、Cα氧化e.g.樺木KP漿LMS脫木素率接近60%；紫丁香基結(jié)構(gòu)比愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)易脫除，對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)對(duì)LMS氧化是比較穩(wěn)定的①LMS生物漂白對(duì)木素的影響生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用②LMS生物漂白對(duì)碳水化合物和己烯糖醛酸的影響漆酶/HBTs與木素的高反應(yīng)性能以及與碳水化合物的低反應(yīng)性能，它非常適用于生產(chǎn)高質(zhì)量紙漿生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（3）LMS脫木素的影響因素漆酶用量、中介體類型及其用量、生物漂白時(shí)間、氧分壓、pH、溫度LMS實(shí)驗(yàn)條件下未漂漿生物漂白的工藝條件生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用（4）漂白程序?qū)γ撃舅匦Ч挠绊懤冒赘悮罡锒a(chǎn)生的酶液，在NHA中介體和氧氣存在的條件下，進(jìn)行桉木KP漿生物漂白，結(jié)果如下：LEQP（5）LMS系統(tǒng)漂白處理的擴(kuò)大工業(yè)生物化技試術(shù)在驗(yàn)制漿造紙中的應(yīng)用未漂闊葉木紙漿工業(yè)化生物漂白試驗(yàn)的條件L-E-Q-P工業(yè)化漂白系統(tǒng)紙漿預(yù)處理過程Kappa值黏度白度未漂闊葉木氧漂10.787039.5/min生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)LMS處理后kappa值、黏度和白度變化項(xiàng)目Kappa值黏度白度原漿10.787039.5經(jīng)L處理后8.285634.2經(jīng)L-E處理后6.075549.7工業(yè)化生物漂白試驗(yàn)的結(jié)果漂白程序酶用量(IU/t)中介體用量(kg/t)脫木素率(%)白度（%ISO）L-E-Q-P4×1071356.676.5生物技術(shù)在制漿造紙中的應(yīng)用2、錳過氧化物酶（MnP）生物漂白（1）MnP處理對(duì)kappa值和白度的影響用雜色木云芝菌分泌的木素降解酶處理未漂闊葉木漿，結(jié)果如下：處理白度(%ISO)Kappa值漆酶