纤维素酶的应用现状与前景
纤维素酶的应用现状与前景
摘要:简要介绍纤维素酶的酶学性质,降解机制,探讨了纤维素酶的来源、制取工艺及提取方法，重点讨论纤维素酶在食品业、农牧业、纺织业、造纸业等领域的应用，对纤维素酶的潜在应用价值作了展望。
关键词：酸性纤维素酶；碱性纤维素酶；固体发酵；液体发酵
前言:纤维素类物质占植物干重的35%～50%,是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。对人类而言，它同时又是自然界中数量最大，却又未得到充分利用的可再生资源，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。纤维素的利用与转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。纤维素被彻底分解而又无污染的一条有效途径，便是利用纤维素酶的水解作用。纤维素酶(Cellulase)是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称，在食品、饲料、医药、纺织、洗涤剂和造纸等众多的工业领域有广泛的应用价值。从酶的作用特性出发可分成两大类：碱性纤维素酶和酸性纤维素酶。纤维素酶的组成比较复杂。通常所说的碱性纤维素酶是具有3～10种或更多组分构成的多组分酶，根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3类：外切β-1，4-葡聚糖苷酶（简称CBH）.内切β-1，4-葡聚糖苷酶（简称EG）和β-1，4-葡萄糖苷酶（简称BG）。在这3种酶的协同作用下，最终将其分解成葡萄糖。到目前为止，还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶，只具有内切β-1，4-葡聚糖苷酶（又称CMC酶）的活性，有的还与中性CMC酶组分共存[1-3]。自从1906年Seilliere从蜗牛消化液中发现纤维素酶以来，人们对纤维素酶做了大量的研究，特别是80年代以来，由于分子生物学的发展及生物工程技术的兴起，纤维素酶的研究出现了新的前景。论文范文http://www.chuibin.com/
1．纤维素酶的作用机理
纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时，可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质有利于动物胃肠道的消化吸收。同时，纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌，补充内源酶的不足，并对内源酶进行调整，保证动物正常的消化吸收功能，起到防病，促生长的作用。消除抗营养因子，促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液，增加消化物的粘度，对内源酶造成障碍，而添加纤维素酶可降低粘度，增加内源酶的扩散，提高酶与养分接触面积，促进饲料的良好消化。而纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物，在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物，从而使消化道内的消化作用得以顺利进行。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素，促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外，还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化。
2．纤维素酶的制取及其分离提纯技术
2.1 制取纤维素酶的菌种和方法
纤维素酶来源非常广泛，昆虫、微生物（细菌、放线菌、真菌等）都能产生纤维素酶，通过微生物发酵方法是大规模制备纤维素酶的有效途径。不同微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对纤维素的酶解能力也不大相同。由于放线菌的纤维素酶产量极低，研究很少。细菌的产量也不高，主要是葡聚糖内切酶，且大多数对结晶纤维素没有活性，所产生酶是胞内酶或吸附在菌壁上，很少能分泌到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。而丝状真菌具有产酶诸多优点：产生纤维素酶为胞外酶，便于酶的分离和提取；产酶效率高，且产生纤维素酶的酶系结构较为合理；同时可产生许多半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等。从纤维素酶工业化制备及其应用角度看，研究和采用丝状真菌产酶具有更大意义。从目前研究进展来看，里氏木霉同时具有较为稳定性状、优质高产纤维素酶的能力和较好“抗代谢阻遏”能力，被认为是最具有工业应用价值菌株。
2.1.1 产酶菌株选育及诱变育种
利用物理、化学诱变剂单独或复合处理微生物孢子或细胞是选育纤维素酶高产菌种的有效方法。张苓花等采用康宁木霉W-925、J-931，经过浓度为2%硫酸二乙酯和紫外线（15W、30cm、2min）复合诱变得到产酶活性高的菌种，该菌种糖化力达到2975，滤纸酶活达到531，比出发菌株分别提高100%和81%。中科院微生物研究所董志扬等用康宁木霉通过γ射线照射和亚硝基胍交替处理，诱变出一株纤维素酶高产菌株T801，与出发菌株相比，其产酶能力提高1.77倍。青岛海洋大学管斌等通过利用紫外线、亚硝基胍等对里氏木霉进行诱变处理，采用低剂量、反复多次复合诱变处理方法，用“以2-脱氧葡萄糖作为降解产物阻遏物”高效筛选方法，选育得到一株抗分解代谢阻遏的突变株，使纤维素酶活力提高三倍。