全 文 ：核 农 学 报 ,
,
《 一 仓
通 扭 月, “ 洲血‘ 扭 认介“
里氏木霉鱼坦巨坦竺塑丝丝固定化细胞
酶液水解辐射预处理稻麦秸秆的毗
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江苏省农业科学院原子能利用研究所 南京
熊仓 捻
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日本原子力研究所高崎研究所 高崎市
用 “ 、 、 ”和 “ 的电子束和 电子束加 复 合
预 处理稻 麦 秸 行 。 预 处理稻 行 目 以 上粉末随辐照 剂量 的增加 而 增如 。 用 纤 维
素晦水解电子束预 处理稻 麦格杆
’
小 时 , 荀萄糖得率随辐照 剂量 的增加 而 增 加 ,
“ 线射 的比 未预 处理 的增加 了 一 而 复合预 处理稻 麦秸 杆 的简 萄
糖得率在 “ 以 内 , 随辐射 剂量增加 而 增加 , 分别 为 和 , 比 未处 理
的 增加 了约 倍 , 而 用 的反而 下降 。 通过辐射 聚合在纱 布表 面
夜盖 高分子
、 · 、 、
,
、
和 , 并 以 此作 为固 定化 里 氏木霉细胞 的载体 , 这 些载体均能较
好地 固 定化 里 氏木霉细胞 , 固 定化细 胞 的滤纸活性 均高于游 离细 胞 , 其
中覆盖 的载体 固定化细胞 的效果最好 为 , 比 游
离细胞增加 了近
。 用这些 固 定化 细 胞 的酶液水解 和 电子束复合 预 处 理
的稻 麦桔对 , 其蔺萄糖得率随辐照 剂量和水解时间 的增加 而 增加 , 其中
和 处理 的稻 麦秸 杆 第 天 的荀萄糖得率为 和 。
‘
关键词 辐舫 稻 麦秸秆 里 氏木霉 葡萄糖得率
前 公 ,百
· 、
植物纤维素是人类和 大部分动物不能消化的可再生资低
。 在存在粮食 、 能源 危 机 的 今
天 , 它的转化和利用
,
一直是世界各
’
国注 目
,
的重要研究课题 。
硫酸或盐酸水解纤维素需用高浓度酸或稀酸高温处理 ,
,
还 需耐酸容器
,
且生成的糖会因
酸二冰分解 , 因此 , 葡萄糖得率低 , 成本高 , 现在除少数国 家 之 外
, 几 乎 不 采 用 这种方
法 〔‘ ’。 近年来 , 随着纤维素分解菌研究的进展 , 多采用酶法分解纤维素
, 酶解反应具有特异
性
, 在常温常压 下进行 , 生成的糖不 会产生二次分解 〔“
。 但纤维素酶价格昂贵 , 且 由于纤维
此文于 。。 年 月子日收到
里 氏木霉 , ‘。 。己。 二 。 了 。 。 ￡ ’固定化细胞酶漱水解辐射预处理稻麦秸秆的研究
素的高结 晶性和有木质素覆盖
, 因此
, 纤维素酶不易 同纤维素分子接触 , 导致纤维素的分解
率低 , 反应缓慢等
。 为了有效地分解纤维素物质 , 必须对木质纤维素进行预处理
, 以及生产
廉价的纤维素酶
。 木质纤维素前处理方法有很多
,
例如球磨
、‘ 一
蒸
·
气爆破
、 电离辐射 包括 丫
射 线 、 电子束 、 激光 等预处理 和 ‘
、 、
伍化学预处理等 “ 一 “ ,
。
生产廉
价的纤维素酶的途径可通过育种提高纤维素分解菌的酶活
’
〔。 ’ , 以及固是化酶或微生物细胞
,
使酶的成本降低 ’, 一 吕 ’
。 本试验应用辐 照技术预处理稻麦秸秆
,
并制备固定化里氏木霉细胞 ,
旨在探索提高酶水解的效
’
率 , 减少酶水解成本的途径 。
材 料 与 方 法
稻麦秸秆预州理 将稻麦秸秆切成 左 右 的 小 段
, 加 入 溶液处理 小时
后 , 用 电子束照射 。 照射结束 , 水洗至 左右 , 空气中干燥
, ” 胜粉 碎 , 粉碎后的粉末一
部分过 目筛 , 测定粉末的组成 另一部分供酶水解用 。
酶解稻 麦秸杆 样品 粉末 加 纤维素酶溶液或 固定化 里氏木霉细胞
的培养液 , ℃水解 小时后
, 测定水解液 中 的 葡萄糖含量 。 纤维素
‘
酶是 一 , 一 用 醋酸缓冲液溶解 。
葡萄糖和还原糖的测定 葡萄糖自 勺 葡萄糖 自动分析仪测定
。 还原糖 用
法测定
·
“ 。
固定化细胞载体的制备
》
首先 在纱布表面覆盖漏层疏水性减分子 绪
〔 午 〕
, 然后分别涂上用 甲醇稀 释 成 的单
体 〔一 、
、 一
、‘ 、 乎
·
众
、 一。 。 二
午 〕溶液
。
用电子加速器 照 射 ,
。
使之聚合 , 照射结束后 , 立 刻用
甲醇洗去未聚合的兰体 。 ‘
细胞的固定化和纤维素酶活性帅测定 载体灭菌后
, 放入盛有 菌液和 培养液的
三角瓶 中 , 在 ℃的振荡器中培养
, 细胞通过吸附被固定弃覆盖 有高 分子 的纱布上
。 每 天
测定其纤维素酶活性 以滤纸活性 为酶活性指标
。 测 定 时
·
, 吸取固定化细胞 的培养
液和经离心 的游离细胞 培养液各 于试管中加 入 醋酸缓 冲 液 和
滤纸 。
, 。 。 在 水浴 “保温 , 驻鱼后 蒸馏 水稀释
,
立
刻用葡萄糖 自动分析仪 一 测定产生的葡萄糖含量 〔 ’。 的单位就 是在这 种条
件下产生的葡萄糖毫克数 。
结 果 与
,
分 析
一 与电子束复合预 处理稻 麦秸杆的效果
图 是辐照及 其辐照 与 “ 复合预处理对水稻秸秆 目以上粉末组成的影响 。 在
仅辐照 的样品 中 , 随着辐照剂量的增加
一
, 。目以 上粉采的比例 增加 ,
·
说 明了辐射破坏 了木
质纤雍素的复合结构
, 降低了粉末的粒度 。 辐 照与 复合处理的趋势同仅辐 照处理的‘
作 但 目以 上粉末 比例进 一 涉增加
, 条 曲线 的瘫离越来越大
, 说 明了辐照和 处
核 农 学 报 卷
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理二者并不是简单的累加效应 。 其原因可能是通过 处理
,
木质纤维素结构膨胀 , 木质
素被溶解 , 再通过 电子束照射 使木质纤维素结梅亏盆一步破坏 所以易粉碎
, 粒度降低
。
辐 照处理稻麦秸秆酶解葡萄糖得率如图 所示
。 · 小麦与水稻秸秆具有同样 的 趋势 , 即 随
着辐 照剂量的增加 , 葡萄糖得率 也逐渐增加 。 当用 “ 至照射 时 , 比未处理的增加了
一 。 和辐照复合处理稻麦秸秆酶水解葡萄糖得率如图 所示 。 葡萄糖产率随辐
照剂量增加至 “ , 达到最大值
,
为 石一
,
,然后 ,
一
辐照剂量进一步增加 , 却反 而
下降 。 最大葡萄塘得率 比未处理的约高 倍 见图 , 。 这个结果 说 明 , 辐 照 与 处
职显著地促淮了 稻麦稍秆的酶解 因为 “ 。 可使木质素溶解和膨胀木质 纤维孝结 构【‘ ’
,
份期 里氏木霉 ’ 。汁即 ”川 即 “ 固定化细胞酶浓水解辐射预处理稻麦粘秆的研究 “
而辐射能使纤维素分子 中的 日 , 一葡萄糖替键断裂 导致纤维素分子 的 解 裂 〔‘ 。 ’
。 因 此 ,
当 和射线共 同作用 时 , 加速了木质素和纤维素分子 的分解 。 由于木 质 素 的 溶 解 , 纤
维素酶分子也容易进 入木质纤维素分子 内部 , 增加酶同底物的接触面 积
, 促 进 酶 的水解反
应 。 但是
, 当电子束的照射剂量进一步增加时 , 一些被分解的低 分子量的纤维素分子在射线
和 的共 同作用下
, 进一步分解或相互反应成其它物质 , 可能影响酶解 , 或这 些低分子量
的可溶性物质随冲洗流失 。 等报道
, 辐照纯纤维素时 , 剂量过大
, 葡萄糖产率
一
也
会降低 , 认为是潜在还原糖减少 〔“ ’。 因此 , 当辐射 与 复合处理稻麦秸秆或其它纤维
素废物时
, 应选取适当的辐照剂量 。
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二 辐射段合修饰载体固定化里 氏木霉的陇活性
当里氏木霉细胞和 载体一起培养时 , 里氏木霉细胞均不同程度地吸附在载体上 , 培养液
变得澄清透明 , 说 明菌体细胞大部分、已吸附在载体上 , 随后细胞不断繁殖 , 仁
一
长 图版 是覆
盖 的纱布固定化里氏木霉的电子显微镜照片 , 可以看玛菌丝 体 覆盖着整个
载体 , 相互缠绕 即使振荡也没有解吸 。 这 一结果说明 , 辐射聚合高分子修饰载休能有效地
邪
,
⋯
核 农
卜
学 报 ’
」
一 峰
固定化里氏木霉细胞 。
· ‘
图 是覆盖不 同类型 高分子的载体固是 化 里氏木霉在不同阶段 的纤维素酶活性
。 周 定化
细胞的 同游离细胞一样
, 随培养时间的增加而 增 加 , 而且
, 固定化细胞 的 孕 均高于
游离细胞
,
说明细胞固定化后郁较好地繁殖
, 提 高单位体科的菌丝 重量 , 获得了较多的纤维
素酶 。 但 因覆盖高分子性质的不 同而变化
。 覆盖 科 的载休 , 固定化细胞
的 最高 , 达 厂覆盖 又 的 次 之 一而 覆盖
、 丫
愧 和 一 的载休固定化细胞 的 ,“ 虽 高于游离细胞 , 但低于前述
两种高分子 。
三 固定化细胞酶液水解 和 电子束复合预处理稻麦秸秆的效果
固定化生长细胞具 有连续
一
长期 使用 的优 点 。 因 ,此
, 利 用固定化里氏木霉生
一
长细胞连续生
产纤维素酶
,
」
将会降低纤维素转化成糖的成本
’ 。 图 、 是固定化里氏木霉酶液直接酶解复合
预处 理的稻麦秸秆的葡萄糖和还原糖得军
。 。水稻秸秆随着酶解时间的增加 , 还原糖 含量逐渐
减少
,
葡萄搪得率 增加 , 月复合处理的均比仅 处 理的高
, 其 中 和 复
合处理组经 天酶解后
,
葡萄糖得率达 勺 图 麦秆的葡萄糖 得 率 具 有 同 样 的 趋 势
图‘ , 但还原糖得卞随酶解时间增加降低较少
一
,
这可能与麦秆含有较多的木质 素 有 关
。
而水稻秸秆的还原糖中 , 纤维 二糖较 多 , 当酶作用丫纤维 二糖时
, 。 葡萄 糖逐渐 增加
,
还原糖
减少 , 当然也不排除还原 糖中五碳糖的存在
。
从上述结果我们可以看到 , 固定化里氏木霉酶液也能较好地水解辐照和 复合处 理
的稻麦秸秆
, 尽管水解速度较慢 , 但这 样 可 以 充分发挥固定化细胞连续 , 长期生产酶的特
点
,
从而大幅度降低酶解纤维素的成本
。 随着高纤维素酶活性菌利的育成
,
以 及生物技术的
发展
,
有可能使固 定化细胞酶解纤维素实现工业化生产‘
‘ 、
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