纤维素酶的制备及其应用研究

法两种。固体发酵法是以玉米等农作物秸杆为主要原料， 通过 接种微生物来进行发酵生产， 发酵设备简单， 投资少， 产品价 格低廉， 但发酵水平不稳定， 生产效率低， 易污染杂菌， 劳动强 度 大 。 液 体 发 酵 生 产 工 艺 过 程 是 将 玉 米 秸 秆 粉 碎 至 ２０ 目 以 下， 灭菌处理后， 送入发酵罐内发酵， 同时接入纤维素酶菌种， 发酵时间约为 ７０ｈ， 温度低于 ６０℃， 并从发酵罐底部通入净化 后的无菌空气对物料进行气流搅拌， 发酵完毕后物料经压滤 机 压 滤 、超 滤 浓 缩 和 喷 雾 干 燥 后 得 到 纤 维 素 酶 产 品 。液 态 发 酵 法生产条件易控制， 生产效率高， 不易染杂菌， 劳动强度小， 适 于 大 规 模 生 产 ［３］。 ２ 纤维素酶的应用 ２．１ 在食品工业中
纤维素酶是能够降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总 称， 它不是单一的一种酶， 而是起协同作用的多组分酶系， 其 主要组分是葡萄糖内切酶（ ＥＣ ３．２．１．４， 也称 ＣＸ 酶） 、葡萄糖外 切酶（ ＥＣ ３．２．１．９１， 也称 Ｃ１ 酶） 和 β－ 葡萄糖苷酶（ ＥＣ ３．２．１．２１，
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摘 要： 介绍了纤维素酶的制备（ 包括菌种来源、菌株选育、发酵方法） 以及纤维素酶在 食 品 工 业 、饲 料 工 业 、洗
涤 剂 工 业 、纺 织 工 业 等 领 域 的 应 用 状 况 。
关键词： 纤维素酶； 制备； 应用
中图分类号： ＴＱ９２５．９；Ｑ８１４．９
文献标识码： Ｂ
纤维素类物质是自然界中最丰富的一种可再生资源。据 报道， 我国的纤维素类资源极为丰富， 仅秸秆和皮壳每年可达 ７×１０８ 吨。但是这些物质的利用率很低， 多采用燃烧的方法处 理， 这样不仅造成了环境污染， 也是资源和能源的巨大浪费。
第 ３４ 卷 第 ３ 期 ２００７年５月
文章编号：１００２－ ８１１０（ ２００７） ０３－ ００６０－ ０３
酿酒 ＬＩHale Waihona Puke BaiduＵＯＲ ＭＡＫＩＮＧ
Ｖｏｌ．３４．№．３ Ｍａｙ， ２００７
纤维素酶的制备及其应用研究
杜文娟 １，王家东 ２，侯红萍 １＊
（ １．山西农业大学食品科学与工程学院， 太谷 ０３０８０１； ２．信阳农业高等专科学校生物工程系， 河南 ４６４０００；）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｅｎｚｙｍｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ ｗｉｎｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｅｎｚｙｍｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ； Ｂｅｅｒ； Ｓｐｉｒｉｔ； Ｙｅｌｌｏｗ ｗｉｎｅ； Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｚｙｍｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｎｅ Ｉｎｄｕｓｔｒ ｙ
ＨＥ Ｊｉｎ－ ｗｕ， ＨＵＡＮＧ Ｈｕｉ－ ｈｕａ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１０６４０， Ｃｈｉｎａ）
菌株选育是纤维素酶生产的基础工作。随着纤维素酶在 各领域的广泛应用， 人们对纤维素酶的需求量不断增加。这使 得产纤维素酶菌株选育工作， 特别是高产菌株选育工作显得 尤 为 重 要 。诱 变 选 育 是 得 到 高 产 菌 株 的 一 种 有 效 的 育 种 手 段 ， 具有方法简单、快速， 收效显著等特点， 在实际中应用广泛。
此外， 还可以采用现代生物技术改良产纤维素酶菌种。比 如利用基因克隆技术把纤维素酶基因转到其它菌中进行高效 表 达 或 是 利 用 纤 维 素 酶 基 因 构 建 工 程 菌 。张 煜 等 ［７］用 巴 氏 毕 赤 酵 母（ Ｐｉｃｈｉａ ｐａｓｔｏｒｉｓ） 进 行 了 里 氏 木 霉（ Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ） 纤 维二糖水解酶Ⅱ（ＣｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅⅡ）的表达， 经过筛选得到可 以 高 效 表 达 纤 维 二 糖 水 解 酶 的 巴 氏 毕 赤 酵 母 菌 株 Ｐ． ｐａｓｔｏｒｉｓ ＣＢＨⅡ１， 在 甲 醇 诱 导 的 条 件 下 培 养 Ｐ． ｐａｓｔｏｒｉｓ ＣＢＨⅡ１， 培 养 液 中 的 ＣＭＣ 酶 活 性 可 达 到 ３．８２Ｕ／ｍＬ， ＳＤＳ－ ＰＡＧＥ 分 析 结 果 表 明 纤 维 二 糖 水 解 酶 在 Ｐ． ｐａｓｔｏｒｉｓ ＣＢＨⅡ１ 中 的 表 达 量 远 远 高于里氏木霉。 １．３ 发酵方法
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纤维素酶在食品加工中应用十分广泛。人们通常食用是 植物性农副产品的细胞内容物， 细胞壁的主要成分是纤维素、 半纤维素、果胶等。适当地利用纤维素酶处理植物性原料 ， 可 以使细胞壁发生不同程度的改变， 如软化、膨胀、崩溃， 从而改 变了细胞的通透性， 提高细胞内含物的提取率。
在果蔬加工中， 一般需要对果蔬原料进行预处理， 若采用 纤维素酶处理， 不仅可以避免热烫、酸碱处理等造成的营养物 质损失， 还可以使果蔬组织软化膨松， 提高消化性和口感。将 纤维素酶用于果蔬汁加工可提高汁液的提取率， 促进汁液澄 清 。 万 日 余 等 ［８］将 纤 维 素 酶 用 于 草 莓 汁 生 产 ， 使 出 汁 率 提 高 ９．２％， 草 莓 汁 中 糖 分 增 加 ２％， 压 榨 时 间 缩 短 ５ｍｉｎ。 Ｎｏｖｏ ｎｏｒｄｉｓｋ 公司将复合纤维 素 酶 用 于 苹 果 汁 加 工 ， 使 出 汁 率 提 高 ５％～２５％， 生产能力也大幅度增加［９］。
［Ｊ］．酿 酒 科 技，２００１，（６）：５６～５７． ［３５］ 石 敏，王 巧 灵，紫 晓 荣．酸 性 蛋 白 酶 对 淀 粉 酶 的 影 响 试 验［Ｊ］．酿 酒，
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在进行纤维素酶的发酵生产时， 选择合适的发酵原料和 发酵条件很关键。纤维素酶是诱导酶， 碳源对菌种的产酶能力 影响很大， 不同碳源对纤维素酶的合成有不同的诱导作用， 一 般天然纤维素原料（ 如麸皮、秸秆等） 有利于纤维素酶的合成。 氮源对纤维素酶的合成影响不大， 可用无机氮， 也可用有机 氮。
纤维素酶发酵生产的方法主要有固态发酵法和液态发酵
李 爱 华 等［４］ 采 用 紫 外 线 对 黑 曲 霉 进 行 诱 变 处 理 ， 结 果 表 明 ， 诱 变 １０ｍｉｎ 的 黑 曲 霉 产 生 的 纤 维 素 酶 的 酶 活 力 最 高 ， 由 ５７６Ｕ／ｇ 提高到 １２３８Ｕ／ｇ 。杨永彬等［５］以一株产碱性纤维素酶浅 黄金色单胞菌为出发菌株， 经紫外线、紫外线和甲基磺酸乙酯 （ＥＭＳ） 复合诱变等处 理 后， 筛 选 到 一 株 产 ＣＭＣ 酶 活 较 高 的 变 株 ＦＱ２， 经 ５ 代 诱 变 后 ， 变 株 产 ＣＭＣ 酶 活 由 １５６．６１ Ｕ／ｍＬ 提 高到 ３２５．４５ Ｕ／ｍＬ， 且产酶稳定。范琳等［６］利用紫外线、亚硝酸 及紫外线 － 亚硝酸复合诱变绿色木霉菌株， 选育出的产纤维 素酶变异菌株的产酶活力比出发菌株明显提高， 产酶性能稳 定， 而且复合诱变比单一诱变的效果好。
收稿日期： ２００７－ ０２－ ０３ 作者简介 ： 杜 文 娟（ １９８２－ ） 女 ， 硕 士 研 究 生 ， 研 究 方 向 ： 食 品 微 生 物 与 发酵技术。 ＊ 通 讯 作 者 ： 侯 红 萍（ １９６５－ ） 女 ， 教 授 ， 硕 士 生 导 师 ， 主 要 从 事 食 品 与 发酵工程的研究 基金项目： 山西省科技厅项目（ ０４１０３０）
（８）：７０－ ７２． ［３２］ 胡 和 兵 ， 王 牧 野 ， 吴 勇 民 ． 酶 的 固 定 化 技 术 及 应 用 ［Ｊ］． 中 国 酿 造 ，
２００６，（７）：４－ ８． ［３３］ 姚继承，李骥．现代生物技术在传统白酒产业中的应用［Ｊ］．２００３， ３０
（２）：１５－ １７． ［３４］ 武 庆 尉，等．合 理 使 用 酸 性 蛋 白 酶 降 低 玉 米 普 通 白 酒 杂 醇 油 含 量
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第三期
酿
酒
２００７
也称 纤 维 二 糖 酶） 。 纤 维 素 酶 的 来 源 非 常 广 泛 ， 昆 虫 、软 体 动 物 、原 生 动 物 以 及 许 多 微 生 物 都 能 产 生 纤 维 素 酶 。现 在 多 采 用 微生物发酵来生产纤维素酶。 １．１ 菌种来源
真 菌 、细 菌 、放 线 菌 等 在 一 定 条 件 下 均 能 产 生 纤 维 素 酶 ［２］。 放线菌产酶量很低， 研究很少。目前， 研究较多的产纤维素酶 的微生物多是真菌。真菌产酶量高， 而且产生的是胞外酶， 易 分 离 提 取 。 研 究 最 多 的 是 木 霉 属（ Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ） 、曲 霉 属 （ Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ） 等 ， 它 们 都 能 产 生 大 量 的 纤 维 素 酶 ， 尤 以 木 霉 属 产量居多。里氏木霉、绿色木霉是公认的产酶活性较高的菌 种。细菌产纤维素酶的量也比较低， 主要是葡萄糖内切酶， 大 多对结晶纤维素没有活性， 且产生的酶是胞内酶或吸附在细 菌细胞壁上， 不易分泌到细胞外， 给提取纯化造成了很大困 难。［３］ 但是， 近年来人们对产纤维素酶细菌的研究越来越重 视。这是因为细菌产纤维素酶一般最适中性至偏碱性， 中性和 碱性的纤维素酶在纺织业和洗涤剂业中具有广阔的应用前 景。 １．２ 菌株选育
应用［Ｊ］．中国酿造，２００６，（３）：５４－ ５５． ［４２］ Ｏｇａｓａｗａｒａ Ｈ． ， Ｔａｋａｈａｓｈｉ Ｋ． ， Ｉｉｔｓｕｋａ Ｋ． ， ｅｔ ａｌ． Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ
ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌａｓｅ ｉｎ ｓｈｏｃｈｕ ｋｏｊｉ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｒｌｅｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈｏｃｈｕ ｍａｓｈ［Ｊ］． Ｂｒｅｗ， Ｓｏｃ． Ｊａｐａｎ． １９９１， ４：３０４－ ３０７． ［４３］ 曹 钰，陆 健，李 胤．酸 性 木 聚 糖 酶 的 研 究 进 展［Ｊ］．工 业 微 生 物，２００５， ３５（４）：４１－ ４４． ［４４］ 陆健，曹钰，陈坚等．性木聚糖酶在清酒酿造中的作用［Ｊ］．食品与发 酵工业，２００２， （１）：２７－ ３０． ［４５］ 周世水．酿酒酵母的基因改良［Ｊ］．酿酒科技，２００５，（７）：２９－ ３１．
［３８］ 徐希望，苏循亮，张斌．酶工程在兰陵大曲酒生产中的应用综述［Ｊ］． 酿酒，２００６， ３３（１）：３８－ ３９．
［３９］ 吴衍庸．论提高泸型酒质量的三大微生物技术［Ｊ］．酿酒科技，２００２， （５）：２５．
［４０］ 吴衍庸．提高中国白酒质量的酶工程技术［Ｊ］．酿酒科技，２００３，（５）：３２． ［４１］ 程江红，何汝良，程江浩．酯化红曲工艺研 究 及 其 在 酿 酒 工 业 中 的
使用纤维素酶可以把天然纤维素物质降解为可利用的糖液， 再进一步转化为酒精、气体燃料（ 如氢气） 等物质， 这对解决我 国 乃 至 世 界 的 粮 食 短 缺 、能 源 危 机 、环 境 污 染 等 问 题 具 有 深 远 的意义［１］。此外， 纤维素酶还在食品、酿造、纺织、造纸、饲料、石 油开采等方面具有广阔的应用前景。 １ 纤维素酶的制备