现代生物质能高效利用技术丛书 纤维素酶工程 许敬亮 产纤维素酶微生物及纤维素酶类纤维素酶降解机理 纤维素酶水解利用技术书

《纤维素酶工程》为“现代生物质能高效利用技术丛书”中的一个分册，全书在概述纤维素的结构与功能、纤维资源状况及其在资源转化利用中的作用的基础上，主要介绍了产纤维素酶微生物及纤维素酶类、纤维素酶降解机理、高效纤维素酶产酶菌株的选育、纤维素酶水解利用技术、纤维素酶水解动力学及反应器、纤维素酶固定化技术、纤维素酶在重点行业中的应用、国内外纤维素酶生产概况。 本书具有系统性、针对性和技术应用性，可供纤维素产业科研技术人员参考，也可供高等学校生物科学与工程、生物化工、酶工程、环境工程和资源循环利用及相关专业师生参阅。

第1章概述001
1.1纤维素的结构与功能002
1.1.1纤维素的化学结构002
1.1.2纤维素的物理结构004
1.1.3纤维素光谱结构007
1.1.4纤维素的物理化学性质008
1.1.5纤维素的分类012
1.1.6纤维素类生物质组成013
1.1.7纤维素资源量估算方法014
1.2我国纤维素资源分类及资源量016
1.2.1农业剩余物016
1.2.2林业剩余物017
1.2.3二次纤维原料018
1.3纤维素酶在纤维素资源转化、利用中的作用018
1.3.1纤维素降解酶系种类018
1.3.2纤维素降解过程机制020
1.3.3纤维素酶应用022
参考文献022

第2章产纤维素酶微生物及纤维素酶类025
2.1产纤维素酶微生物分类026
2.1.1产纤维素酶原核微生物026
2.1.2产纤维素酶真核微生物028
2.1.3产纤维素酶的其他生物类群034
2.2纤维素降解酶系分类038
2.2.1纤维素酶038
2.2.2半纤维素酶040
2.2.3纤维素氧化酶040
2.3纤维素酶041
2.3.1外切纤维素酶041
2.3.2内切纤维素酶044
2.3.3β-葡萄糖苷酶050
2.4半纤维素酶056
2.4.1半纤维素酶的分类057
2.4.2半纤维素酶的来源059
2.4.3木聚糖酶的理化性质059
2.4.4木聚糖酶的基因分类060
2.4.5木聚糖降解酶的家族分类060
2.5纤维素氧化酶062
2.5.1LPMO的研究历史063
2.5.2LPMO的来源与归类064
2.5.3LPMO的性质065
2.5.4LPMO的基因分类068
2.5.5LPMO的家族分类070
2.6纤维小体071
2.6.1产纤维小体微生物074
2.6.2纤维小体的理化特性074
2.6.3纤维小体的酶系组分075
2.6.4纤维小体的基因分类077
参考文献078

第3章纤维素酶降解机理081
3.1纤维素酶的结构与功能082
3.1.1纤维素酶结构组成082
3.1.2催化结构域与功能084
3.1.3结合结构域与功能086
3.1.4连接肽与功能091
3.1.5纤维素酶的分子折叠093
3.1.6纤维素酶分子的蛋白质工程093
3.2纤维素酶体系协同降解机制095
3.2.1纤维素酶体系协同降解理论及假说096
3.2.2纤维素酶协同催化水解机制099
3.3纤维二糖脱氢酶（CDH）协同降解机制105
3.3.1CDH的发现过程105
3.3.2CDH的结构106
3.3.3CDH的催化机理106
3.3.4CDH与纤维素的相互作用108
3.3.5CDH的生物功能109
3.4纤维小体降解纤维素机理112
3.4.1纤维小体的研究进展114
3.4.2纤维小体的生物功能115
3.4.3纤维小体的组成结构及功能115
3.4.4纤维小体与细胞壁的相互作用119
3.4.5产纤维小体微生物及其多样性121
3.4.6纤维小体的应用123
参考文献123

第4章高效纤维素酶产酶菌株的选育131
4.1纤维素酶产生菌常规筛选方法132
4.1.1自然筛选132
4.1.2筛选来源133
4.1.3筛选方法140
4.2高产纤维素酶生产菌株的选育141
4.2.1理化诱变育种141
4.2.2原生质体融合育种143
4.2.3基因工程菌构建147
4.3高效纤维素酶系筛选的新策略和新方法167
4.3.1宏基因组学和生物信息学发掘新的纤维素酶基因167
4.3.2比较基因组学预测纤维素酶基因172
4.3.3纤维素酶合成调控机制的转录组学研究172
4.3.4化学互补高通量筛选173
4.4纤维素酶活力的测定方法174
4.4.1酶活力测定方法174
4.4.2纤维素酶活力分类测定174
参考文献176

第5章纤维素酶水解利用技术183
5.1纤维素酶水解工艺184
5.1.1纤维素酶水解过程185
5.1.2纤维素酶水解工艺分类187
5.1.3纤维乙醇酶解-发酵工艺188
5.2影响纤维素酶高效酶解的因素192
5.2.1与底物相关的因素193
5.2.2与纤维素酶相关的因素197
5.2.3其他因素199
5.3提高纤维素酶酶解效率的方法200
5.3.1预处理200
5.3.2改变纤维素酶的反应条件206
5.3.3复合酶的作用206
5.3.4产物耦合分离209
5.3.5反应助剂辅助酶解技术214
5.3.6改变木质素在底物中的存在方式217
5.4高浓度底物纤维素酶水解技术218
5.4.1分批补料酶水解技术219
5.4.2高浓度底物酶水解过程搅拌和传质限制220
5.4.3高浓度底物酶水解过程抑制因素221
5.4.4水解酶类对高浓度体系的影响223
5.4.5固体效应分析224
5.5纤维素酶实时水解检测技术226
5.5.1QCM-D在酶水解过程的应用226
5.5.2纤维素酶在木质素膜上吸附行为227
5.5.3纤维素酶在纤维素膜上吸附酶解行为228
参考文献229

第6章纤维素酶水解动力学及反应器235
6.1纤维素酶水解动力学236
6.1.1经验模型237
6.1.2米氏模型238
6.1.3类分形动力学模型238
6.1.4基于酶失活的模型240
6.1.5基于酶吸附的模型245
6.1.6可溶性底物的水解模型246
6.1.7两相底物模型247
6.1.8纤维素酶组分协同模型248
6.1.9固定化纤维素酶反应动力学249
6.2纤维素酶水解反应器252
6.2.1反应器设计的理论基础252
6.2.2反应器开发的技术基础253
6.2.3反应器分类254
参考文献260

第7章纤维素酶固定化技术265
7.1纤维素酶固定化概述266
7.1.1纤维素酶固定化原因266
7.1.2固定化酶定义与特点266
7.1.3酶固定化原则267
7.2纤维素酶固定化方法267
7.2.1物理结合268
7.2.2包埋268
7.2.3共价结合270
7.2.4交联274
7.3可溶性载体固定化酶技术276
7.4不溶性载体固定化酶技术276
7.4.1常规不溶性载体固定化纤维素酶276
7.4.2膜载体固定化纤维素酶277
7.4.3磁性纳米材料固定化纤维素酶278
7.5可溶-不可溶性载体固定化纤维素酶282
7.5.1温度响应可回用两水相体系283
7.5.2pH响应可回用两水相体系284
7.5.3光响应可回用两水相体系286
7.5.4S-IS固定化纤维素酶应用287
7.6纤维素酶无载体固定化287
7.6.1无载体固定化酶分类288
7.6.2纤维素酶的无载体固定化实例290
参考文献292

第8章纤维素酶在重点行业中的应用297
8.1纤维素酶在重点行业中的应用概述298
8.2纤维素酶在造纸造浆工业中的应用299
8.2.1纤维素酶在打浆中的应用300
8.2.2提高纤维性能302
8.2.3提高纤维和纸张的柔软性302
8.2.4提高溶解浆的反应性能304
8.2.5脱墨与废纸漂白305
8.3纤维素酶在纺织工业中的应用307
8.3.1纤维素酶在棉织物精炼加工中的应用307
8.3.2纤维素酶在纤维素纤维织物柔软整理中的应用308
8.3.3纤维素酶在纤维素纤维织物抛光整理中的应用308
8.3.4纤维素酶在牛仔织物返旧整理中的应用309
8.3.5纤维素酶在Lyocell纤维去原纤化处理中的应用310
8.3.6纤维素酶在纺织加工应用中存在的问题310
8.4纤维素酶在生物炼制中的应用311
8.4.1燃料乙醇311
8.4.2生物基化学品313
8.4.3纤维素酶在生物炼制中存在的问题和解决方案314
8.5纤维素酶在食品加工业中的应用315
8.5.1水果与蔬菜加工316
8.5.2油料作物加工316
8.5.3茶叶加工316
8.5.4橄榄油提取317
8.5.5类胡萝卜素提取317
8.5.6饮料行业317
8.5.7酿造工业318
8.5.8其他应用318
8.6纤维素酶在农业中的应用319
8.6.1纤维素酶在农业生产中的应用319
8.6.2纤维素酶在动物饲料中的应用320
8.7纤维素酶在其他行业中的应用322
8.7.1洗涤剂322
8.7.2去除细菌生物膜322
8.8纤维素酶主要组分的功能和应用323
8.8.1裂解性多糖单加氧酶的功能和应用323
8.8.2纤维二糖脱氢酶的功能和应用324
8.8.3碳水化合物结合模块的功能和应用324
参考文献326

第9章国内外纤维素酶生产概况331
9.1纤维素酶生产工艺332
9.1.1生产菌株332
9.1.2生产原料和培养基333
9.1.3纤维素酶发酵工艺336
9.1.4纤维素酶生产调控345
9.1.5纤维素酶的提纯350
9.2国外纤维素酶主要生产企业351
9.3国内纤维素酶主要生产企业353
9.4中国纤维素酶产业现存问题及未来发展趋势355
9.4.1纤维素酶产业发展中存在的问题356
9.4.2纤维素酶产业未来发展趋势和建议356
参考文献357

索引362

许敬亮，科学院广州能源研究所，研究院、副主任，长期从事纤维原料能化产品的联产转化研究，包括纤维原料生物炼制、纤维素酶高效产酶菌株选育与制备、纤维素原料水解过程工艺优化控制、生物质合成气乙醇发酵工艺开发、长链醇生物合成工程菌构建、工业废气能源化利用、化工有机酸生物合成、稀有糖生物催化转化、微藻能化联产技术开发、有机废弃物的资源化利用等。在国内率先开展合成气乙醇发酵、互变载体系统固定化纤维素酶、长链醇生物合成和微藻乙醇等创新性研究。 目前，主持完成国家“863计划”项目1项，国家自然科学基金2项，中科院知识创新工程重要方向项目2项，中科院院地合作项目1项，广州市科技攻关项目1项。目前正主持国家“863计划”项目和广东省科技攻关项目等项目的研究和实施。