纖維素酶的生產(chǎn)及應(yīng)用進(jìn)展

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1、纖維素酶的生產(chǎn)及應(yīng)用進(jìn)展牛命科學(xué)學(xué)院08生物工程二班邢鵬飛20083003摘要：纖維素是地球上最豐富的可再生的生物質(zhì)資源，它占植物干重的35%?50%,是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物，它的降解是自然界碳索循環(huán)的中心環(huán)節(jié)。纖維素的利用與轉(zhuǎn)化對(duì)于解決目而世界能源危機(jī)、糧食短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題具有十分重要的意義。自從纖維素酶被人類(lèi)認(rèn)識(shí)和利用以來(lái)，它在許多行業(yè)都發(fā)揮著重要的作用。目前纖維素酶的應(yīng)用最多的要數(shù)飼料工業(yè)和食品工業(yè)，木文就對(duì)纖維素酶的性質(zhì)、生產(chǎn)及在工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵詞：纖維索酶生產(chǎn)應(yīng)用引言纖維素是植物細(xì)胞壁的主要構(gòu)成物質(zhì)2—，在自然界的冇機(jī)物屮，纖維素儲(chǔ)存量最

2、多，是分布最廣、含量最豐富的可再生碳源化合物。每年光合作用可產(chǎn)生100億余噸的植物干物質(zhì)，其屮一半以上是纖維素和半纖維素。然而，這部分資源廿前尚未得到充分的開(kāi)發(fā)利用，造成了資源及能源的巨大浪費(fèi)。要利用纖維索必須首先將其分解。如果用纖維素酶將纖維素轉(zhuǎn)化為葡萄糖，將給人類(lèi)提供新的資源，同時(shí)也解決了纖維素的浪費(fèi)問(wèn)題。—、纖維素酶的特性纖維索酶在自然界分布極為廣泛，昆蟲(chóng)、軟體動(dòng)物、高等植物、細(xì)菌、放線菌和真菌都能產(chǎn)生纖維素酶。反芻動(dòng)物的瘤胃以及豬大腸中也有分解纖維素的細(xì)菌存在。纖維素酶不是單種酶，而是起I■辦同作用的多種酶系。可分為以下三類(lèi)：第一類(lèi)是C1酶，也稱(chēng)為纖維二糖水解酶(Cellobi

3、ohydrolase),它能夠作用于纖維素屮分子排列整齊的結(jié)晶區(qū)，也能作用于分子排列不整齊的非結(jié)晶區(qū)。第二類(lèi)是Cx酶，也稱(chēng)p-1,4-葡聚糖酶，它能水解溶解的纖維索衍生物或無(wú)定形纖維素，但不能作用于結(jié)晶纖維素。它包括兩種酶，外切卩?1,4■葡聚糖酶(EC3.2.1.91)和內(nèi)切卩?1,4■葡聚糖酶(EC3.2.1.4)。前者從纖維素的非還原性末端逐個(gè)地將葡萄糖水解下來(lái)，并將其構(gòu)型從卩?型轉(zhuǎn)變成a■型；而后者以隨機(jī)的方式從纖維素鏈的內(nèi)部將它裂開(kāi)，它作用于較長(zhǎng)纖維素鏈，對(duì)末端的敏感性比屮間鍵小，并不改變產(chǎn)物的構(gòu)型。第三類(lèi)是卜葡萄糖昔酶(EC3.2.1.21),作用于纖維二糖和短鏈的纖維寡糖

4、生成葡萄糖［1］。二、纖維素酶的來(lái)源及生產(chǎn)2.1纖維素酶的來(lái)源纖維素酶的生產(chǎn)原料極為豐富。來(lái)源非常廣泛，昆蟲(chóng)、細(xì)菌、放線菌、真菌等都能產(chǎn)生纖維素酶。一般以?xún)?yōu)質(zhì)干草、麥皮、蔗渣等為原料，加入適量無(wú)機(jī)鹽,利用多種菌種，分別進(jìn)行發(fā)酵，最后混合而成。2.2產(chǎn)酶菌纖維素酶的產(chǎn)酶菌很多，主要有細(xì)菌、放線菌和絲狀真菌。英屮絲狀真菌具冇產(chǎn)酶的諸多優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)生的纖維素酶為胞外酶，便于酶的分離和提取；產(chǎn)酶效率高，且產(chǎn)牛的纖維素酶酶系結(jié)構(gòu)較為合理；同時(shí)可產(chǎn)生許多半纖維素酶、果膠卿、淀粉酶等。從纖維素酶的工業(yè)化制備及其應(yīng)用的角度，研究和采用絲狀真菌產(chǎn)酶具冇更大的意義［2］。工業(yè)生產(chǎn)的纖維素酶主要由真菌產(chǎn)生，如木

5、霉(Trichodermasp)、青霉(Penicilliumsp)>曲霉(Aspergillussp)以及腐質(zhì)霉(Humicolasp)卒。其屮最著名的是T.reesei,它產(chǎn)生的纖維索酶具冇酶譜全、活力高的特點(diǎn)。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，從野生菌株T.reeseiQM6a出發(fā)進(jìn)行了大量的篩選育種工作，其中QM9414、RutC30和MCG77能夠產(chǎn)生較高的內(nèi)切型和外切型葡聚糖酶活力，是目前國(guó)內(nèi)外牛產(chǎn)酸性纖維素酶的主要菌種。腐質(zhì)霉是中性纖維素酶的重要牛產(chǎn)菌種，黑曲霉產(chǎn)生的纖維素晦可以用于食詁工業(yè)，靑霉除了產(chǎn)生大量的纖維素iW外還可產(chǎn)生較高的葡萄糖昔酶，可以彌補(bǔ)木霉產(chǎn)葡萄糖昔酶不足的缺點(diǎn)

6、。細(xì)菌和放線菌等也能夠產(chǎn)生纖維素酶，它們產(chǎn)生的纖維素酶往往貝有耐堿耐熱的特點(diǎn)，如洗滌劑工業(yè)用的堿性纖維素酶就是由嗜堿芽胞桿菌產(chǎn)生。細(xì)菌產(chǎn)生的纖維素酶除了傳統(tǒng)的內(nèi)切、外切纖維素酶外，還會(huì)分泌一種纖維小體到胞外，纖維小體由多種纖維素酶和半纖維素酶組成，具有較高的水解纖維素的能力，在纖維廢棄物的處理上具有很大的應(yīng)用潛力。2.3發(fā)酵制備纖維素酶的方法纖維素酶是誘導(dǎo)酶，發(fā)酵過(guò)程中纖維素酶的大量合成必須有誘導(dǎo)物的作用。纖維素、纖維低聚糖及其他結(jié)構(gòu)類(lèi)似物均可作為纖維素酶的誘導(dǎo)物。因此，用于纖維索酶發(fā)酵制備的培養(yǎng)基，首先必須加入這些物質(zhì)。為降低成本，簡(jiǎn)化誘導(dǎo)物的制備工藝，通常采用富含這些物質(zhì)的原料(包

7、括植物纖維原料、各種酒糟、乳糖、淀粉水解糖等)作碳源，使產(chǎn)酶過(guò)程屮充當(dāng)碳源的物質(zhì)同時(shí)起著誘導(dǎo)物的作用。除碳源外，還要加入適當(dāng)?shù)牡矗瑫r(shí)注意碳氮比的合理搭配，因?yàn)榈吞嫉葘?dǎo)致培養(yǎng)初期菌體的過(guò)快牛長(zhǎng)和對(duì)碳源消耗過(guò)快，高碳氮比將由于氮源不足而出現(xiàn)菌生長(zhǎng)繁殖太慢。纖維素酶發(fā)酵制備的方法主要有兩種，即固態(tài)發(fā)酵法和液態(tài)發(fā)酵法。2.3.1固體發(fā)酵法固體發(fā)酵法以玉米、稻草等植物秸稈為主要原料生產(chǎn)纖維素酶。該法投資少,工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品價(jià)格低廉。然而固體發(fā)酵法存