生物技术生产纤维素酶及其应用研究进展
纤维素酶的作用机理及进展的研究
纤维素酶的作用机理及进展的研究摘要：纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中，本文论述了纤维素酶的性质，重点介绍了纤维素酶的作用机理、应用及其研究进展，并对其研究前景做了展望。
关键词：纤维素酶；纤维素；作用机理；0引言纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第一大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。
纤维素占植物干重的35%-50%[1],是世界上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。
对人类而言，它又是自然界中最大的可再生物质。
纤维素的利用和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[2]。
1 纤维素酶的性质纤维素酶是一种重要的酶产品，是一种复合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成，还有很高活力的木聚糖酶活力。
纤维素酶是四级结构，,产生纤维素酶的菌种容易退化，导致产酶能力降低。
由于纤维素酶难以提纯，实际应用时一般还含有半纤维素酶和其他相关的酶，如淀粉酶（amylase）、蛋白酶（Protease）等。
纤维素酶的断键机制与溶菌酶一样，遵循双置换机制。
纤维素与酶相互作用中，是酶被底物分子所吸附，然后进行酶解催化，酶的活性较低，仅为淀粉酶的1/100[3] 纤维素酶对底物分子的分解，必须先发生吸附作用。
纤维素酶的吸附不仅与自身性质有关，也与底物密切相关，但纤维素酶的吸附机制总体并未弄清，仍需进一步研究[4]。
2 纤维素酶的作用原理（1）、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。
（2）、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。
纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用
纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用纤维素酶(cellulase)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单成分酶，而是由多个酶起协同作用的多酶体系。
纤维素酶在扩大食品工业原料和植物原料的综合利用，提高原料利用率，净化环境和开辟新能源等方面具有十分重要的意义。
编号：EC 321.4。
由多种水解酶组成的一个复杂酶系，自然界中很多真菌都能分泌纤维素酶。
习惯上，将纤维素酶分成三类：C1酶、Cx酶和B葡糖苷酶。
C1酶是对纤维素最初起作用的酶，破坏纤维素链的结晶结构。
Cx酶是作用于经C1酶活化的纤维素、分解3-1 ,4-糖苷键的纤维素酶。
3葡糖苷酶可以将纤维二糖、纤维三糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。
纤维素酶是一种重要的酶产品，是一种复合酶，主要由外切3■葡聚糖酶、内切3■葡聚糖酶和3■葡萄糖苷酶等组成，还有很高活力的木聚糖酶活力。
由于纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第一大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点纤维素酶的来源纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、微生物、细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。
目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种较多的是丝真菌，其中酶活力较强的菌种为木霉属(Trichoderma )、曲霉属(As?pergillus )和青霉属(Penicillium ),特别是绿色木霉(Trichoderma virde )及其近缘菌株等较为典型，是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。
现已制成制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉等纤维素酶。
同时，反刍动物依靠瘤胃微生物可消化纤维素，因此可以利用瘤胃液获得纤维酶的粗酶制剂。
另外，也可利用组织培养法获得所需要的微生物。
纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中。
细菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。
一般用于生产的纤维素酶来自于真菌，比较典型的有木酶属(Trichoderma)、曲霉属 (Aspergillus )和青霉属(Penicillium )。
纤维素酶的制备及其应用研究
纤维素酶的制备及其应用研究纤维素酶是一种能够降解纤维素的酶类酶，具有重要的应用潜力。
纤维素是存在于植物细胞壁中的一种复杂多糖，由纤维素主链和纤维素外露的副产物组成。
然而，纤维素的结构特殊，不易降解，因而使得纤维素资源不能充分利用。
纤维素酶的制备及其应用研究成为了当前的热门领域。
纤维素酶的制备可以采用两种方法：微生物发酵和重组DNA技术。
常见的微生物发酵法包括固体发酵和液体发酵。
固体发酵主要指利用固体底物如纤维素为碳源进行发酵，如用木霉菌、曲霉菌等发酵制备纤维素酶。
液体发酵则是将纤维素酶产生菌参与发酵系统中，培养基以纤维素为唯一碳源，以菌株培养活跃度为指标。
利用液体发酵法制备纤维素酶的优点在于操作简单方便，易于大规模生产。
重组DNA技术制备纤维素酶的方法，是将纤维素酶基因导入在相对于宿主来说载体基因较大的质粒或者经过改造的真核表达质粒中。
1.酒精生产：纤维素酶在酿酒工业中的应用首先被人们广泛关注。
利用纤维素酶将植物细胞壁水解产生的纤维素与酵母菌一起发酵，可以达到大大提高酿酒产量的目的。
2.生物柴油生产：生物柴油是一种绿色替代能源，而纤维素作为世界上最丰富的可再生资源之一，在生物柴油生产中有着广阔的应用前景。
纤维素酶可以将纤维素有效地水解成可发酵的糖，然后通过微生物发酵将糖转化为生物柴油。
3.奶牛饲养：纤维素是奶牛常见饲料的主要成分之一，但是奶牛的消化系统对纤维素的降解能力有限。
因此，添加纤维素酶可以有效地提高乳牛对纤维素的消化率，提高饲料的利用效率，从而提高乳牛的生产性能。
4.饲料添加剂：纤维素酶也可以作为一种饲料添加剂，降低饲料中纤维素的含量，提高饲料的可利用性，减少饲料浪费。
虽然纤维素酶的制备和应用研究已经取得了很大的进展，但是仍然存在一些挑战和问题。
例如，酶的稳定性、活性和选择性等方面的改进仍然是当前研究的热点。
此外，酶制备的成本和规模化生产等问题也需要进一步解决。
通过不断的研究和创新，相信纤维素酶在未来会有更广泛的应用。
产纤维素酶黑曲霉菌的研究进展_刘宇
产纤维素酶黑曲霉菌的研究进展刘宇1，李阳1，史同瑞1*，朱战波2*（ 1.黑龙江省兽医科学研究所，黑龙江齐齐哈尔161006； 2.黑龙江八一农垦大学动物科技学院，黑龙江大庆163319）摘要：黑曲霉菌可合成纤维素酶，且安全、无毒素，具有广泛的应用价值与前景。
文章综述了纤维素酶的组成和催化机制，黑曲霉菌产酶工艺与影响因素，产纤维素酶黑曲霉菌应用研究进展。
以期为产纤维素酶黑曲霉菌的产业化开发与应用提供参考，从而促进纤维素生物质资源的利用。
关键词：黑曲霉菌；纤维素；生物质资源；催化机制中图分类号：S852.23文献标志码：A文章编号：0529－5130（2015）06－0157－03作为地球上含量最为丰富，分布最为广泛的可再生生物质资源，纤维素的开发与利用对于解决能源危机、环境污染、粮食资源紧张等问题意义重大。
纤维素由D－葡萄糖分子以β－1，4糖苷键组成的大分子多糖，其分子结构结晶度与聚合度高，需要利用纤维素酶的水解作用，将其降解成为单糖，继而进行纤维素的合理利用与转化［1］。
纤维素酶是一组复合酶系，通过多种酶的协同作用水解降解纤维素，纤维素酶主要来源于可产纤维素酶的细菌和真菌。
其中，由于丝状真菌纤维素酶产量高于细菌和酵母菌等真菌，被广泛应用于纤维素酶产业化生产。
作为丝状真菌中的一员，黑曲霉菌高产纤维素酶，且安全、无毒素［2］，在产纤维素酶微生物研究领域，黑曲霉菌是开发、利用最为广泛的真菌之收稿日期：2014－10－26基金项目：黑龙江省应用技术研究与开发计划项目（GC13B406）作者简介：刘宇（1982－），男，硕士，研究方向：兽医微生物学。
*通信作者：史同瑞（1965－），男，研究员，研究方向：家畜微生态研究。
E－mail：systr@；朱战波（1969－），男，教授，博士生导师，研究方向：动物传染病诊断与防治。
E－mail：zhanbozhu@ 一。
近年来，在高产纤维素酶微生物，发酵产酶工艺，应用领域等方面国内外均开展了相关研究，且取得了一定的进展。
纤维素酶的生产与应用研究进展
纤维素酶的生产与应用研究进展纤维素酶是一种能够降解纤维素的酶类，具有重要的生产与应用价值。
纤维素作为植物细胞壁的主要组成部分，具有丰富的资源，但其结构复杂，难以降解。
纤维素酶的生产与应用研究为利用纤维素资源、提高生物质酶解效率开辟了新途径。
纤维素酶的生产主要有两种方法：微生物发酵和基因工程技术。
微生物发酵是利用能够产生纤维素酶的微生物进行培养，通过调节培养条件、选用优良菌株等方式来提高酶的产量和活力。
近年来，采用转基因技术制备纤维素酶的研究也取得了突破性进展。
通过将纤维素酶基因导入高效酶产生菌株，可以大幅提高纤维素酶的产量。
纤维素酶的应用涉及生物质能源、饲料行业、食品工业等多个领域。
在生物质能源领域，纤维素酶可以将纤维素有效降解成可发酵的糖类，进一步转化为乙醇、柴油等可再生能源，用于替代传统石化能源。
饲料行业利用纤维素酶可以提高动物对纤维素的消化吸收率，增加饲料的利用效率，减少饲料浪费，降低养殖成本。
食品工业中，纤维素酶可以用于果汁澄清、酒精酿造、食品加工等环节，提高产品质量，降低生产成本。
纤维素酶的研究还涉及酶学性质、结构功能等方面。
研究发现，纤维素酶的降解效果与其结构与功能密切相关。
通过对纤维素酶的分子结构进行改造，可以提高其活性和稳定性。
同时，研究人员还通过对不同纤维素酶家族成员的研究，发现其在降解机制、底物特异性等方面存在差异，为深入理解纤维素降解过程提供了基础。
虽然纤维素酶在生产与应用方面取得了不容忽视的进展，但仍存在一些挑战。
纤维素酶的生产成本较高，限制了其在工业中的广泛应用。
此外，纤维素酶的稳定性和活性也需要进一步提高，以满足不同行业的需求。
因此，在纤维素酶的研究和应用过程中，需要不断进行技术创新和优化，以进一步提高其产量和效能。
纤维素酶的生产与应用研究是一项具有重要意义的工作。
随着对纤维素资源的深入开发和利用，纤维素酶的研究和应用前景广阔。
未来，随着技术的不断进步和深入研究，纤维素酶的生产与应用将迎来更加广阔的发展空间，为推动绿色可持续发展做出更大的贡献。
纤维素酶及其应用研究进展
结 晶结 构被 打 乱变 形 ， 纤 维素 酶 能深 入 纤 维 素 使 分 子 界 面 之 间 ， 而使 纤 维 素 孔 壁 、 壁 和 微 裂 从 腔
隙 壁 的压力 增 大 ， 分 子 的介入 又 使纤 维 素 分 子 水 之 间 的氢键 被 破坏 ， 生 部 分可 溶 性 的纤 维 微结 产 晶， 以利 于进一 步 降解 。 纤 维素 酶广 泛存 在 于 微 生物 和 植 物 中 ， 一些 真 菌 和细 菌体 内具 有 复杂 的纤 维素 水 解 系统 ， 可
样， 遵循 双 置换机 制 。 最终 由 内切 ｐ １ 一 聚糖酶 、 一， 葡 ４ 外切 ｐ １ 一 一 ， 葡 ４ 聚糖 酶 、 纤维 二糖水 解 酶 ３种不 同功 能 的纤 维 素 酶协 作完成 分解 过程 。外 切酶 作用 于不溶 性纤 维 表 面 ， 结 晶 结 构 的纤 维 素 长分 子 链 开 裂 ， 使 长链
Ｅ ３２１ １ 也 称 Ｃ Ｃ ．． ９ ， ． ｌ酶）（ 纤 维 二糖 水 解 酶 （ １ ；） ３ ｃ． ｅ １ｂｏ ｙ ｒｌ ｅ Ｃ ．．１ 简 称 Ｃ Ｈ 。纤 维 素 酶 要 ｏ ｉ ｄｏａ ， ２１ ， ｈ ｓＥ ２ Ｂ） 与 纤 维 素 紧密 接 触 并 吸 附 到 纤 维 素 上 才 有 可 能 对其 降 解 。纤 维素 酶 吸 附到纤 维 素上 ， 使纤 维 素 的连 接键 断 裂 ， 纤维 素 酶 的断 键机 理 与溶 菌 酶 一
地 应用 于 畜牧 业 、 品 、 食 酿酒 、 料 加 工 、 织 、 饲 纺 洗 衣 等多个 领域 中。
２１ 纤维素 酶在反 刍动物 饲养 上 的应 用 ．
－
纤 维 素酶 在 植 物 发 育 的不 同 阶段 发 挥 着 水 解 细
生物酶的多功能应用及其研究进展
生物酶的多功能应用及其研究进展生物酶是一种重要的生物催化剂，其在医疗、食品加工、农业、环境治理等领域中有着广泛的应用前景。
随着生物技术的不断发展，越来越多的生物酶被发现并被加以利用，使得生物酶应用范围不断扩大。
本文将对生物酶的多功能应用及其研究进展进行介绍。
一、生物酶的种类及其应用生物酶是一种能够催化生物体内外的化学反应的蛋白质，也被称为生物催化剂。
常见的生物酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等。
生物酶具有高催化效率、特异性强、环境友好等优点，被广泛应用于医疗、食品加工、农业、环境治理等领域。
1. 在医疗领域中，生物酶被应用于制药、临床诊断等方面。
例如，链霉素酶是一种蛋白酶，在制药领域中用于去除链霉素抗生素残留；血红素酶可以用于诊断溶血性疾病。
2. 在食品加工领域中，生物酶被应用于面包、酒类、奶制品等食品的加工过程中。
例如，淀粉酶可以用于酿造啤酒、制作面包等；牛奶中的乳糖酶可以用于生产低乳糖奶制品。
3. 在农业领域中，生物酶被应用于动物饲料、植物保护等方面。
例如，纤维素酶可以用于动物饲料中以提高饲料的能量利用率；木聚糖酶可以用于植物保护中以防止有害昆虫的繁殖。
4. 在环境治理领域中，生物酶被应用于废水处理、有机废弃物处理等方面。
例如，脂肪酶可以用于废水处理中去除含油物质；蛋白酶可以用于有机废弃物处理中分解蛋白质。
二、生物酶的发掘和改造生物酶的多功能应用与生物酶的发掘和改造密不可分。
生物酶的发掘主要通过从生物样品中筛选、分离、纯化和鉴定等步骤来实现。
同时，通过基因工程技术对生物酶进行改造，可以改变其催化性质，提高其稳定性和活性、增强其特异性和选择性等，使得其在应用中更具优越性。
近年来，人们对生物酶的改造进行了广泛的研究，主要包括翻译后修饰、点突变、重组等方面。
例如，通过点突变技术可以改变生物酶的立体构象，增强其催化活性和特异性。
通过重组技术可以将多种功能基因融合到一起，形成多功能生物酶，从而满足不同领域中的复杂催化需求。
产纤维素酶工程菌株的构建及其在醇化烟叶中的应用
生物技术进展 2024 年 第 14 卷 第 2 期 263 ~ 270Current Biotechnology ISSN 2095‑2341研究论文Articles产纤维素酶工程菌株的构建及其在醇化烟叶中的应用孔蒙蒙1 ， 卢鹏1 ， 陈千思1 ， 乔学义1 ， 陈善义2 ， 金静静1 ， 郑雪坳1 ， 曹培健1 ， 陶界锰1*1.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州 450001；2.福建中烟工业有限责任公司技术中心，福建 厦门 361021摘 要：烟叶中过高的纤维素含量使烟叶组织容易破碎，影响加工过程中烟叶的可塑性，使烟叶杂气变重等。
为了获得产纤维素酶的优良菌株，实现醇化烟叶纤维素的有效降解，利用同源重组法成功构建了10株纤维素降解的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis ）工程菌株。
通过刚果红平板筛选、羧甲基纤维素钠酶活、滤纸酶活及滤纸崩解率等检测，共筛选出C36、CM 、KF 和GH5 4株产纤维素酶能力较强的重组菌株。
将醇化烟叶作为底物进行纤维素降解，发现重组菌株CM 的产纤维酶效率最高，其羧甲基纤维素钠酶活和滤纸酶活分别为39.55和23.52 U ·mL -1。
结果表明，构建的重组菌株能够利用醇化烟叶中的纤维素产生纤维素酶，可为工业生产中醇化烟叶纤维素降解提供理论支撑。
关键词：工程菌株；醇化烟叶；纤维素降解；枯草芽孢杆菌DOI ：10.19586/j.20952341.2023.0159中图分类号：Q814， S572 文献标志码：AConstruction of Cellulase Producing Engineering Strains and the Application in Aged Tobacco LeavesKONG Mengmeng 1 ， LU Peng 1 ， CHEN Qiansi 1 ， QIAO Xueyi 1 ， CHEN Shanyi 2 ， JIN Jingjing 1 ，ZHENG Xueao 1 ， CAO Peijian 1 ， TAO Jiemeng 1*1.Zhengzhou Tobacco Research Institute ， China National Tobacco Corporation ， Zhengzhou 450001， China ；2.Technology Center ， China Tobacco Fujian Industrial Co.， Ltd.， Fujian Xiamen 361021， ChinaAbstract ：High cellulose content make the tissue of tobacco leaves broken easily ， affect the plasticity of tobacco leaves during processing ， and make the heavy impurity of tobacco leaves. In order to obtain excellent cellulase producing strains and achieve effective degradation of cellulose in aged tobacco leaves ， ten Bacillus subtilis engineering strains of cellulose -degrading were suc‐cessfully constructed by homologous recombination method. Four recombinant strains C36， CM ， KF and GH5 with strong cellu‐lase production capacity were screened by the Congo red plate method ， carboxymethyl cellulose sodium enzyme activity assay ， filter paper enzyme activity assay and filter paper disintegration rate detection. When aged tobacco leaves were used as substa‐rate ， the recombinant strain CM showed the highest cellulase production efficiency ， and its carboxymethyl cellulose sodium en‐zyme activity was 39.55 U ·mL -1 and filter paper enzyme activity was 23.52 U ·mL -1， respectively. The results indicated that the recombinant strains could utilize cellulose in aged tobacco leaves to produce cellulase ， which could provide theoretical support for cellulose degradation of aged tobacco leaves in industrial production.Key words ：engineered strains ； aged tobacco leaves ； cellulose degradation ； Bacillus subtilis纤维素是一种具有重复单位的多糖聚合物，可看作是植物聚合网络的刚性支架，广泛存在于收稿日期：2023‐12‐12； 接受日期：2024‐01‐05基金项目：烟草行业烟草工艺重点实验室引领计划专项项目(202022AWHZ08)；中国烟草总公司重点研发项目(110202102017；110202201004)。
米糠中纤维素酶解液的制备及其应用研究
米糠中纤维素酶解液的制备及其应用研究一、引言纤维素是植物细胞壁的主要成分，由于其高度结晶和复杂的结构，使得其降解一直以来都是困扰生物学家和工程师的难题之一。
然而，随着生物工程技术的发展，纤维素酶解液的制备和应用研究取得了一定的突破，使得纤维素的有效利用成为可能。
二、米糠中纤维素酶解液的制备方法1. 预处理：首先，将干燥的米糠进行打碎，在加入适量的水后，进行物理性预处理，如研磨和超声波处理，以增加纤维素的暴露面积。
2. 酶解：接下来，将预处理后的米糠加入到含有纤维素酶的酶解液中，进行酶解反应。
常用的纤维素酶包括纤维素酶I和纤维素酶II。
3. 过滤：酶解反应后，使用滤纸或膜过滤器对酶解液进行过滤，去除残余的固体颗粒。
4. 浓缩和纯化：利用浓缩技术，将酶解液中的酶浓缩，然后进行纯化，获得纯度更高的酶解液。
三、米糠中纤维素酶解液的应用研究1. 生物能源生产：米糠中的纤维素经过酶解后可以得到各种糖类，如葡萄糖、木糖和纤维糖等。
这些糖类可以作为发酵的底物，用于生产生物乙醇、生物柴油等生物能源。
2. 饲料添加剂：纤维素酶解液可以通过降解米糠中的纤维素，提高动物对米糠的消化率，增强饲料的营养价值。
因此，在动物饲料中添加纤维素酶解液可以提高饲料利用率，减少饲料的浪费。
3. 食品工业：米糠中的纤维素酶解液可以用于制备低聚糖、寡糖等食品添加剂，具有调节肠道菌群、增强免疫力等功能。
4. 建筑材料制备：米糠中纤维素酶解液可以用于制备纤维素纤维板、纸浆等建筑材料，具有环保和可持续发展的特点。
四、米糠中纤维素酶解液的优势和挑战1. 优势：米糠广泛且易得，作为一种农副产品，其利用能够降低对传统粮食资源的依赖，有助于实现农业的可持续发展。
此外，纤维素酶解液的应用领域广泛，具有潜在的经济和环境效益。
2. 挑战：纤维素酶解液的制备过程仍然存在一定的技术难点，如酶解液的纯化和稳定性等问题，这些问题需要更多的研究和创新来解决。
此外，纤维素酶解液的大规模应用也面临着市场和政策等方面的挑战。
纤维素酶菌种选育研究进展
纤维 素酶在 饲 料 、 酿造 、 食 加 工 、 汁 与 蔬 菜 粮 果 加工 、 纺织 等各 个方 面都具 有 重要 的用途 。近 年来 ， 随着 能源和 环境 问题 日益 严 峻 ， 用 纤 维 素 酶 降解 利 秸 秆原 料生 产 燃 料 乙醇 新 型 能源 ＿ 、 １ 利用 纤 维 素 酶 ］ 辅 助秸秆还 田＿ 等 命 题 也 日益 受 到 关 注 。然 而 ， ２ 目 前纤 维素酶 产酶 菌株 的 活力 还 较 低 ， 致其 生 产 成 导 本过 高 ， 制 了其 广泛 而有效 的应 用 。 因此 ， 育高 限 选 产的、 酶性 质优 良的纤 维 素 酶产 酶 菌 株 始终 是 人 们 关注 的热点 。
优 ） 曲 霉 属 （ ｐ ｒ ｉ ｕ ） 青 霉 属 （ ｎｃｌ ｕ ， Ⅱ、 Ａｓ ｅｇ ｌ ｓ 和 ｌ Ｐｅｉｉｌ ｍ） ｉ
２ 纤维素 酶产 生茵 的遗传 改 良
２１ ． 理 化 诱 变 育 种
从 自然 界 中直 接 分 离 出 来 的 里 氏 木 霉 产 酶 菌 株， 产酶 性 能 一 般 较 差 ， 须 要 进 行 菌 种 的 遗 传 改 必
策 略 在 纤 维 素 酶 菌株 遗 传 改 良方 面 的 应 用 ， 针 对 获 得 高 产 、 系 合 理 、 性 质 优 良 的 纤 维 素 酶 生 并 酶 酶 产 菌 株 提 出 了可 行 的 育 种 策略 。 关 键 词 ：纤 维 素 酶 ；里 氏木 霉 ； 传 改 良 遗 中 图 分 类 号 ：Ｑ８ ４ １ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ —３ ６ （０ ８ ０ ０ ０ ０ ０ ４ ２ ８ ２ ０ ） ８— ０ ５— ３
胞 壁光 滑 ， 生孢 子 梗 由菌丝 直 立 生 出 ， 色 ， 枝 分 无 分 多， 对生 或互 生二 至 三 级 分枝 ， 体像 树 枝 ； 枝 与 整 分
纤维素水解酶工业化生产的研究
纤维素水解酶工业化生产的研究一、引言纤维素是一种植物细胞壁中最主要的成分，在植物、木材、纸浆等自然界中广泛存在，具有丰富的资源和广泛的应用前景。
但因其结构特殊，难于降解利用，导致其资源利用率极低。
因此，开发高效的纤维素水解酶，实现纤维素水解是目前生物资源开发的热点研究之一。
本文将阐述纤维素水解酶工业化生产的研究现状和发展趋势。
二、纤维素酶的种类及作用机制纤维素酶是一类在纤维素水解中起关键作用的酶类。
主要分为内切酶和外切酶两大类。
外切酶包括纤维素酶、β-葡聚糖酶等，可降解纤维素为低聚糖和单糖。
内切酶包括纤维素内切酶、纤维素氧化酶等，作用于纤维素酶分解产物中的糖链结构，促进纤维素酶降解。
三、纤维素水解酶工业化生产的现状纤维素水解酶的工业化生产是未来纤维素资源开发的重要途径。
目前，国内外已有多种纤维素水解酶工业化生产技术。
如固态发酵与液态发酵两种生产方式，其中以液态发酵生产方式成本较低且操作简便，逐渐成为主流。
世界上主要纤维素水解酶生产企业包括Novozymes、DuPont、Direvo等，这些企业主要采用经典的分离纯化技术，生产出纯化的酶制剂。
国内纤维素水解酶生产企业则主要采用杂交育种等技术，生产出高效的全细胞酶制剂。
此外，离子液体、微波等新兴技术在纤维素水解酶生产和应用中也逐渐得到应用。
四、纤维素水解酶生产的发展趋势未来纤维素资源开发的趋势是高效、低成本、低能耗的纤维素水解酶生产。
为实现这一目标，国内外的研究者们通过基因工程、纤维素降解菌的筛选培育等手段，研究开发出高效的纤维素水解酶。
基因工程技术是目前纤维素水解酶生产的研究热点之一，成功地应用了转基因菌生产纤维素水解酶。
其中用微生物进行纤维素降解的研究，虽然尚处在实验研究阶段，但有着不可限量的发展潜力。
此外，新型生物反应器、固定化酶技术和连续化工作方式也将成为纤维素水解酶生产的新技术研究方向，为纤维素资源开发提供更为可靠和可持续的生产技术。
五、结论纤维素水解酶工业化生产是开发纤维素资源重要途径之一。
分子生物学技术在纤维素酶改造中的应用
常专 一 、 高效 和环境 友好 的生物催 化剂 ， 可催 化纤
维 素分解产 生二糖 或葡萄 糖 。纤 维素酶来 源非常
广 泛 ， 物 、 生 物 （ 菌 、 细 菌 、 线 菌 、 菌 植 微 细 粘 放 真 等） 原生 动物和 昆虫等都 能产 生纤维素 酶 。大量 、 试 验研究 表明 ， 维素完 全降解 至少需 ３ 酶系 ： 纤 类 内切葡 聚糖 酶 （ ｎ ｏ１ ４８Ｄ ｇｕ ａ ａｅ Ｅ ． ． ｅ ｄ 一 ，—一 －ｌｃｎ ｓ ， Ｃ ３ ２ １ ４ ， 自真菌 的简 称为 Ｅ 来 自细 菌 的简称 为 ．） 来 Ｇ， Ｃ ｎ 一般作用 于纤维 素 内部 的非结 晶 区 ， ｅ， 随机水 解 Ｂ１ ４糖 苷 键 ， 生 大 量带 非 还原 性 末端 的 小 一，一 产 分子 纤 维 素 ； 切 葡 聚 糖 酶 （ ｘ 一 ， －一 －ｌ— 外 ｅ ｏ１ ４１Ｄ ｇｕ ３
和 化 工 原 料 ， 于人 类社 会 解 决 能 源 危机 、 物 短缺 和环 境 污 染具 有 重 大 的现 实意 义 。 作 者 介 绍 了纤 维 对 食 素 酶 分 子特 性 及 作 用机 理 ， 述 了近 年 来基 因克 隆 、 综 理性 设 计 和 定 向进 化 等分 子 生 物 学 技 术 在 纤 维素 酶
２， １ 简称 Ｂ ， 般 将 纤 维 二 糖 水 解 成 葡 萄糖 。 Ｇ） 一
作 者简 介 ： 翠 鸾 （９ ７） 女 ， 北 石 家 庄 人 ． 理 工 程 马 １ ７一 ， 河 助 师 ， 究 方 向为 生 物 有 机 合 成 。 研 ＊基 金 项 目 ： 国 科 学 院 百 人 计 划 项 目 （ Ｇ Ｘ — 中 Ｋ Ｃ Ｚ ＹＷ一 ８１； ０ ） 华东 理 工 大 学 生 物 反 应 器 工 程 国家 重 点 实 验 室 开 放 课题 （ ０ ８ ０ ） ２０ ０ ４ 。
应用纤维素酶技术解决生物质颗粒发酵难题
应用纤维素酶技术解决生物质颗粒发酵难题近年来，生物质颗粒已经成为替代传统化石能源的重要一环，特别是在未来能源供应的极大萎缩背景下，生物质颗粒成为了一种便捷、环保、可持续的燃料。
不过，生物质颗粒发酵过程中，常常会面临一些难题。
其中，最突出的问题就是底部发黑、味道异味、配方不当等各种情况。
这时候，应用纤维素酶技术便能够解决这些问题。
一、利用纤维素酶技术提高发酵效率首先，我们需要知道生物质颗粒中，最主要的成分是纤维素和木质素。
然而，生物质颗粒的结构十分复杂，这也给发酵过程造成了一定的困难。
在传统的发酵过程中，直接利用微生物进行发酵，需要较长的处理时间。
而同时，微生物需要不断消耗自己能源，在这个过程中，也会不断放出各种细胞分泌物、代谢废物等物质，进一步影响了发酵效率。
随着技术的发展，利用纤维素酶技术可以显著提高生物质颗粒的发酵效率。
纤维素酶可以在短时间内将纤维素和木质素分子颗粒化，使其更利于微生物消耗。
此外，纤维素酶还可以加速微生物对生物质颗粒中各种成分的吸收与利用，从而提高发酵效率。
二、通过纤维素酶技术控制生物质颗粒中的细菌数量一些生物质颗粒在发酵过程中，很容易受到真菌、细菌等微生物的污染，进而导致发酵失败。
这个时候，利用纤维素酶技术控制生物质颗粒中的细菌数量，显得尤为重要。
在这个过程中，我们可以通过调节纤维素酶使用量，降低生物质颗粒中的微生物数量。
同时，纤维素酶在对生物质颗粒进行加工的过程中，也会对其中的细菌产生影响，从而进一步控制细菌数量并提高发酵效率。
三、新技术：超声波生物质颗粒发酵技术随着研究的不断深入，超声波色谱分析技术已被广泛应用于各种领域。
最近，人们正在探索将超声波生物质颗粒发酵技术应用于生物质颗粒的发酵当中。
这项技术结合使用了超声波和纤维素酶技术，能够更快速、更有效地将生物质颗粒中的成分分离开来，从而极大改善生物质颗粒的发酵效率。
在这里主要是指超声波的低频、强度和持续时间的影响。
对于生物质颗粒，超声波可以显著削减颗粒的大小。
纤维素分子结构及其生物降解途径的研究
纤维素分子结构及其生物降解途径的研究纤维素是一种多糖物质，广泛存在于自然界中的植物细胞壁中。
作为地球上最丰富的生物质之一，纤维素在生态系统中扮演着至关重要的角色，同时也是一种重要的工业原料。
随着环保意识的不断提高，纤维素的生物降解问题备受关注。
本文将介绍纤维素分子结构及其生物降解途径的最新研究进展。
一、纤维素分子结构纤维素是由β-葡聚糖分子通过β-1-4糖苷键连接而成，这种键连接方式与动物体内存在的α-1-4糖苷键不同，因此人类无法对纤维素进行消化吸收。
纤维素分子结构的复杂性使得其降解过程具有一定的难度。
而纤维素分子的结构也决定了纤维素的生物降解途径与效率。
二、纤维素的生物降解途径1.微生物降解：纤维素的生物降解最主要的途径是微生物的降解。
微生物在降解纤维素时，通过酶的作用将纤维素分子分解为低分子量的寡糖和单糖，最终达到完全降解的目的。
微生物还可通过在纤维素结构中加入酰化基团、脱去甲基等方式改变纤维素的结构，从而提高纤维素的生物降解效率。
2.化学降解：化学降解是利用化学方法将纤维素分子分解为低分子量的碳水化合物的过程。
虽然这种方式不如微生物降解方式常用，但在一些特殊的情况下，如纤维素浓度过高时，或为了加速废弃物的降解速度等，化学方法可被投入使用。
3.生物质能源利用：生物质能源利用是指将可再生生物质转化为可再生能源，如在生物质能源的生产过程中，通过液化、气化、发酵、压制等方式处理纤维素，使其成为生物燃料、生物液体燃料、生物气体等可再生能源。
三、纤维素生物降解的研究进展1.纤维素酶研究：纤维素降解的关键在于微生物体内的纤维素酶。
近年来，在纤维素酶研究领域取得了一系列的进展，如发现了新的纤维素酶家族，寻找到了具有高效降解纤维素能力的新物种等。
这些发现为提高纤维素的生物降解效率提供了新的思路。
2.生物质能源利用的研究：生物质能源利用是近年来备受关注的研究方向。
在纤维素的生物降解过程中，通过将纤维素转化为可再生能源的方式，可大大降低环境污染，缓解化石能源短缺问题。
纤维素酶的分离纯化及其应用研究
纤维素酶的分离纯化及其应用研究第一章绪论纤维素酶是一类能够降解植物纤维素的酶，广泛存在于许多生物体中，如真菌、细菌和昆虫等。
在生物质能源利用、动物饲料加工和纸浆、纺织、食品等工业中，纤维素酶都有重要的应用。
然而，由于纤维素基质的复杂性和纤维素酶的多样性，纤维素酶的分离纯化和应用研究一直是一个研究热点和难点。
本文通过对纤维素酶的分离纯化方法和应用领域的综述，探讨了纤维素酶的分离纯化及其应用研究的现状和存在的问题，为纤维素酶的进一步研究提供参考。
第二章纤维素酶的分离纯化方法纤维素酶的分离纯化方法主要包括超滤法、离子交换、凝胶过滤、逆流层析、亲和层析、等电聚焦和高效液相色谱等。
2.1 超滤法超滤法是一种静态的分离方法，可用于去除低分子量的杂质和离子，是纤维素酶的常规预处理方法。
超滤法在分离纯化中的运用主要是将蛋白质和营养物质剥离出来，使得目标产物的含量和纯度提高。
但是，超滤法在大规模产生目标诱导产物时，也会产生诸如集膜、渗漏、破损和引起阻塞等操作问题。
2.2 离子交换离子交换是一种静态的分离方法，可用于去除离子和低分子量杂质。
离子交换树脂是一种稳定的、高度功能化的糖蛋白，它可以根据不同的性质选择性地吸附、脱附和提取离子或分子。
但是，离子交换也存在一些问题，如对产物活性的影响、树脂使用寿命的影响等。
2.3 凝胶过滤凝胶过滤是一种动态的分离方法，可用于分离和分析分子量超过10 kDa的蛋白质和多肽。
凝胶过滤所采用的是大分子量筛选剂，可把分子量大的物质排除在外，具有分离纯化效果较好的特点。
但是，凝胶过滤也有一定的限制，如分子量分析范围有限、处理速度较慢等。
2.4 逆流层析逆流层析是一种对大分子生物分离纯化非常有效的动态分离方法，具有高效和优良活性的特点。
它能够通过反向溶剂流动而分离目标群，从而精细控制和分离纯化生物学分子。
逆流层析在纤维素酶分离纯化中的应用可以有效地提高分离纯化的效率和产率。
2.5 亲和层析亲和层析是一种静态分离技术，通过配合分子、抗体和亲和剂吸附和脱附产物，得到产物的高纯度和高产率。
纤维素的酶解过程及其应用
纤维素的酶解过程及其应用纤维素是地球上最丰富的有机化合物之一，广泛存在于植物细胞壁中。
然而，由于其复杂的结构，直接利用纤维素存在一定的困难。
酶解作为一种温和、高效且环保的方法，在将纤维素转化为有用产物方面发挥着重要作用。
一、纤维素的结构要理解纤维素的酶解过程，首先需要了解纤维素的结构。
纤维素是由βD葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性大分子。
这些链相互平行排列，形成了微纤维，再进一步组成了纤维素纤维。
这种高度有序的结构使得纤维素具有很强的稳定性和抗降解性。
二、纤维素酶的种类实现纤维素的酶解，离不开纤维素酶的参与。
纤维素酶是一类能够水解纤维素的酶的总称，通常包括以下三种主要类型：1、内切葡聚糖酶（Endoglucanase，EG）：这类酶随机作用于纤维素内部的无定形区，切断β-1,4-糖苷键，产生不同长度的纤维素链片段。
2、外切葡聚糖酶（Exoglucanase，CBH）：又分为 CBHⅠ和CBHⅡ两种。
CBHⅠ从纤维素链的非还原端依次切下纤维二糖；CBHⅡ则从纤维素链的还原端进行切割。
3、β葡萄糖苷酶（βGlucosidase，BG）：将纤维二糖和短链的纤维寡糖水解为葡萄糖。
这三种酶协同作用，共同完成纤维素的酶解过程。
三、纤维素的酶解过程纤维素的酶解是一个多步骤的复杂过程：首先，内切葡聚糖酶作用于纤维素的无定形区，打破纤维素的长链结构，增加纤维素的可及性。
然后，外切葡聚糖酶从纤维素链的两端进行切割，产生纤维二糖和短链的纤维寡糖。
最后，β葡萄糖苷酶将纤维二糖和短链的纤维寡糖水解为葡萄糖。
在这个过程中，酶与底物的结合、酶的催化活性以及酶之间的协同作用都对酶解效率产生重要影响。
四、影响纤维素酶解的因素1、底物特性：包括纤维素的结晶度、聚合度、木质素含量等。
结晶度高、聚合度大以及木质素含量高的纤维素，酶解难度较大。
2、酶的性质：酶的活性、稳定性、最适反应条件（如温度、pH 值等）都会影响酶解效果。
纤维素酶的研究现状及应用前景
纤维素酶的研究现状及应用前景刘晓晶,李田,翟增强(中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116)摘要 纤维素酶可以使构成植物细胞壁等不易利用的植物纤维分解成葡萄糖,从而提高玉米等秸秆的利用率,推动纤维素酶及燃料乙醇的工业发展及推广。
主要阐述了纤维素的结构和纤维素酶的作用机理,并详细介绍了纤维素酶的发展与应用前景。
关键词 纤维素;纤维素酶;作用机理;生产;应用中图分类号 S 183 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2011)04-01920-02The Status Quo and Applicati on Prospect of Cell u l ase LI U X i ao -ji ng et al (Che m i cal Eng i neer i ng Instit ute ,Ch i na M i ni ng U ni versity ,Xuz hou ,Ji angs u 221168)Abstract Cellul ase can made plant fi bre wha t consti tuted pl ant cell w alls ,etc .resolved i nt o gl ucose ,thereby ,t he utili zati on rate o f ma i ze straw ,et c .was m i proved ,and t he i ndustri a l deve l op ment and generali zati on of ce ll ulase and f uel e t hano lwere promoted .This articlem ai n l y dis -cussed t he structure o f cellul ose and the m echan i s m of t he cellul ase ,and t he develop ment and t he applicati on pros pects of ce ll ulase were i ntro -duced detail edl y .K ey words Cell ulose ;Cell u l ase ;M echanis m;P roducti on ;Appli cation基金项目 中国矿业大学大学生实践创新训练计划项目(2010093)。
纤维素酶的发展与应用
纤维素酶的发展与应用季月月16班12720328摘要: 纤维素酶作为一种重要的酶产品，它是一种复合酶，主要由外切β-葡聚糖酶，内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成。
目前纤维素酶已被广泛应用于饲料、酒精等领域，因此被国内外业内人士看好。
它将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，发展前景非常广阔1。
关键字: 纤维素酶；机理；结构变化；饲料；酿造业；水产业1 纤维素简介纤维素酶（cellulase)是指能降解纤维素的一类酶的总称，在分解纤维素时起生物催化作用，它是可以将纤维素分解成单糖或多糖的蛋白质或RNA,纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中，细菌、真菌、动物体内等都可以产生纤维素酶。
一般用于生产的纤维素酶来自于真菌，比较典型的有木酶属(trichoderma)、曲霉属（Aspergillus）和青霉属(Penicillium）1。
它不是单种酶，而是其协同作用的多种酶份体系，按照微生物对纤维素酶的分泌性和所产纤维素酶系活性间关系可分为：一、对天然木质纤维素分解较弱，但可大量合成可分泌到胞外的纤维素酶，如木霉等的纤维素酶系；二、对木质纤维素分解力强，但分泌到胞外的纤维素酶活力较低，如担子菌纤维素酶系；三、对木质纤维素分解能力强，但其纤维素酶基本不分泌到胞外，而是存在于细胞壁上，如细菌的纤维素酶系。
一个完整的酶系，通常由作用方式不同而能相互协同催化水解纤维素的3类酶组成，即内切葡聚糖苷酶（C1）、外切葡聚糖苷酶（C x)、β-葡萄糖苷酶2。
目前，大规模用于工业生产纤维素酶的菌株主要包括康宁木霉，绿色木霉，里氏木霉和黑曲霉。
也有学者开始研究低温纤维素酶，由于其在再燃稳定性有较高的酶活和催化效率，可大大缩短处理时间和费用，因此在工业上具有广阔的发展前景。
72 纤维素酶的作用机理纤维素酶酶使纤维素转化为葡萄糖的过程仍不清楚，但普遍认为是各组分协同作用的结果，但各组分是如何作用的，许多学者提出了不同的观点，但最后得到普遍接受的降解机制是协同作用模型：在讲解过程中，首先由葡聚糖内切酶C1作用于微纤维的非结晶区，使其露出很多末端供外切酶的作用，纤维二糖水解酶从非还原末端依次分解，产生纤维二糖，然后，部分降解的纤维素由内切酶和外切酶协同作用，分解生成纤维二糖，三糖等低聚糖，最后由β-葡萄糖苷酶分解为葡萄糖3。
纤维素酶的研究现状及应用前景
一、纤维素酶的应用现状
1、生物能源领域
纤维素酶在生物能源领域的应用主要表现在将纤维素转化为葡萄糖，进而转 化为乙醇或其他生物燃料。这种转化过程不仅可以提高能源的产量，而且可以降 低生产过程中的碳排放。目前，许多国家和公司都在积极研究利用纤维素酶生产 生物能源的工艺和技术。
2、生物材料领域
纤维素酶在生物材料领域的应用主要体现在将纤维素转化为生物可降解材料。 这些新材料可以替代传统的塑料制品，如包装材料、一次性餐具等。由于这些生 物材料具有良好的环保性能，因此在医疗、农业、餐饮等多个领域都具有广泛的 应用前景。
三、结语
纤维素酶作为自然界中一类重要的生物酶，具有广泛的应用前景。未来，随 着科学技术的发展和进步，纤维素酶将在各个领域发挥更大的作用，为人类的生 产和生活带来更多的便利和效益。我们应该纤维素酶的研究和应用进展，以便更 好地利用这一神奇的自然资源，为人类创造更多的价值。
谢谢观看
在研究过程中，研究者们也取得了一系列成果。例如，通过诱变育种和基因 工程等方法，提高了纤维素酶的产量和活性；同时，对纤维素酶的催化机制和晶 体结构等方面也有了更深入的了解。然而，尽管取得了一定的成果，纤维素酶研 究仍存在一些不足之处，如上文所述，包括酶的活性低、稳定性差、提取成本高 等。
应用领域、市场和发展趋势
而纤维二糖酶则将纤维二糖分解为葡萄糖。研究纤维素酶的意义在于它能够 为实现生物能源、生物材料等领域的可持续发展提供技术支持。
研究方法、成果和不足
目前，纤维素酶的研究方法主要包括微生物发酵法、化学合成法和基因工程 法等。这些方法各有优劣，微生物发酵法成本较低，但受菌种和生产条件的影响 较大；化学合成法可以在一定程度上满足工业化需求，但合成过程中成本较高且 产物稳定性较差；基因工程法则具有高效率和高产量的优势，但需要解决好基因 来源和克隆表达等问题。
外切纤维素酶的研究与应用进展
生物技术进展２０２０年㊀第１０卷㊀第５期㊀４９５~５０２ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀ＩＳＳＮ２０９５￣２３４１进展评述Ｒｅｖｉｅｗｓ㊀收稿日期:２０２０￣０５￣１２ꎻ接受日期:２０２０￣０７￣２９㊀基金项目:内蒙古自治区自然科学基金项目(２０２０ＭＳ０３０３０)ꎻ内蒙古自治区级创新创业训练计划项目(２０１９１０１２８００９)ꎻ内蒙古工业大学科学研究项目(ＺＤ２０１７０３)ꎻ内蒙古工业大学科研启动金项目(１０５￣８４１０４２)ꎻ内蒙古工业大学校级大学生创新实验计划项目(２０１９０５３０１０)ꎮ㊀联系方式:张清翠Ｅ￣ｍａｉｌ:１９６１３２３２９５＠ｑｑ.ｃｏｍꎻ∗通信作者石雅丽Ｅ￣ｍａｉｌ:ｓｈｉｙａｌｉ２００５＠１２６.ｃｏｍ外切纤维素酶的研究与应用进展张清翠ꎬ㊀石雅丽∗ꎬ㊀刘安礼ꎬ㊀胡建华ꎬ㊀李永丽ꎬ㊀孙亚超ꎬ㊀何可欣ꎬ㊀夏婷ꎬ㊀鲍彦彬内蒙古工业大学化工学院食品与生物工程系ꎬ呼和浩特０１００５１摘㊀要:纤维素酶主要包括三大类:外切纤维素酶㊁内切纤维素酶和β￣葡萄糖苷酶ꎮ其中ꎬ外切纤维素酶因具有活性高㊁耐受性好㊁来源广等特点而被广泛应用于各种工业生产中ꎮ基于此ꎬ主要阐述了外切纤维素酶的分类㊁来源以及生化特性ꎬ介绍了外切纤维素酶的筛选及其水解产物分析的相关新技术ꎬ并综述了其在造纸业㊁食品加工业㊁制药业㊁纺织业㊁能源再生等工业领域中的应用进展ꎬ以期推动外切纤维素酶的深入研究及工业化应用ꎮ关键词:外切纤维素酶ꎻ生化特性ꎻ工业应用ＤＯＩ:１０.１９５８６/ｊ.２０９５￣２３４１.２０２０.００６４ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＥｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅＺＨＡＮＧＱｉｎｇｃｕｉꎬＳＨＩＹａｌｉ∗ꎬＬＩＵＡｎｌｉꎬＨＵＪｉａｎｈｕａꎬＬＩＹｏｎｇｌｉꎬＳＵＮＹａｃｈａｏꎬＨＥＫｅｘｉｎꎬＸＩＡＴｉｎｇꎬＢＡＯＹａｎｂｉｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＦｏｏｄａｎｄＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨｏｈｈｏｔ０１００５１ꎬＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｃｅｌｌｕｌａｓｅｓｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｔｈｒｅｅｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ:ｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅꎬｅｎｄｏｃｅｌｌｕｌａｓｅａｎｄβ￣ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅ.Ａｍｏｎｇｔｈｅｍꎬｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｈｉｇｈａｃｔｉｖｉｔｙꎬｇｏｏｄｔｏｌｅｒａｎｃｅａｎｄｗｉｄｅｓｏｕｒｃｅｓ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓꎬｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｅｘｐｏｕｎｄｅｄꎬａｎｄｔｈｅｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｓｃｒｅｅｎｉｎｇｏｆｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｔｓｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅｓｉｎｐａｐｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｆｏｏｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｔｅｘｔｉｌｅｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｅｎｅｒｇｙｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｉｅｌｄｓｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄꎬｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅｓꎻｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎻｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ㊀㊀木质纤维素是世界上含量最丰富的可再生生物质资源ꎬ用纤维素生产酒精燃料和化学材料ꎬ有助于解决当下的能源危机和环境污染问题[１]ꎮ降解纤维素的常规方法主要有化学法和生物发酵法[２]ꎮ化学法降解纤维素产生的副产物种类较多ꎬ使得目的产物的产率较低ꎻ而生物发酵法具有处理条件温和㊁产物种类少且产率高等优势ꎬ因此ꎬ工业上首选生物发酵法降解纤维素ꎬ其中主要是利用纤维素酶降解纤维素[３]ꎮ天然纤维素由数千至数万个葡萄糖分子经β￣１ꎬ４￣糖苷键连接而成[４]ꎬ而纤维素酶主要作用于反应底物的糖苷键ꎬ属于糖苷水解酶家族ꎮ纤维素酶主要包含３大类:外切纤维素酶㊁内切纤维素酶和β￣葡萄糖苷酶[５]ꎮ其中ꎬ外切纤维素酶是降解纤维素的主要成分ꎬ可以将纤维素的晶体结构打开ꎬ使其降解为无定型纤维素ꎬ释放的主要产物为纤维二糖和纤维四糖ꎬ二者最终被β￣葡萄糖苷酶水解成单糖和二糖[６]ꎮ外切纤维素酶因具有活性高㊁耐受性好㊁来源广等特点而被广泛应用[７]ꎮ基于此ꎬ本文主要阐述了外切纤维素酶的分类㊁来源以及生化特性ꎬ介绍了外切纤维素酶的筛选及其水解产物分析的相关新技术ꎬ并综述了其在造纸业㊁食品加工业㊁能源再生等工业领域中的应用进展ꎬ以期推动外切纤维素酶的深入研究及工业化应用ꎮ１㊀外切纤维素酶的分类外切纤维素酶是一种于纤维素线状分子尾部发挥功能的酶ꎬ能够水解β￣１ꎬ４糖苷键ꎬ其每次接触纤维素线状分子尾端就水解出１个纤维二糖分子ꎬ由此也被称为纤维二糖水解酶(ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅꎬＣＢＨ)[８]ꎮ外切纤维素酶包括１ꎬ４￣β￣Ｄ￣葡聚糖水解酶和１ꎬ４￣β￣Ｄ￣葡聚糖纤维二糖水解酶ꎬ现在常用ＥＣ法㊁ＣＡＺｙ法和ｍｙｃｏＣＬＡＰ法等来命名外切纤维素酶[９]ꎮ在国际命名ＥＣ法中ꎬ外切纤维素酶有２个编号:ＥＣ３.２.１.９１和ＥＣ３.２.１.１７６ꎮ其中ꎬ编号为ＥＣ３.２.１.９１的外切纤维素酶从纤维素链非还原末端起始催化ꎬ即ＣＢＨⅠꎻ编号为ＥＣ３.２.１.１７６的外切纤维素酶从纤维素链还原末端起始催化ꎬ即ＣＨＢⅡ[１０]ꎮＣＡＺＹ数据库(ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｃａｚｙ.ｏｒｇ/)将现在已知的糖苷水解酶(ｇｌｙｃｏｓｉｄｅｈｙｄｒｏｌａｓｅꎬＧＨ)按照氨基酸序列的差别划分成１３２个不同的序列家族ꎬ其中至少有１７个家族被认为是含有纤维素酶的ꎬ但是在这１７个家族中只有ＧＨ５﹑ＧＨ６﹑ＧＨ７﹑ＧＨ９和ＧＨ４８这５个家族中含有外切纤维素酶[１１]ꎮＧＨ家族与酶的国际系统分类编号的对应关系是:ＥＣ３.２.１.９１/ＣＢＨⅠ对应ＧＨ５㊁ＧＨ６㊁ＧＨ９ꎻＥＣ３.２.１.１７６/ＣＨＢⅡ对应ＧＨ７㊁ＧＨ９㊁ＧＨ４８ꎮ此外ꎬ根据催化结构域氨基酸序列的相似性ꎬ可将真菌来源的外切纤维素酶归入ＧＨ６㊁ＧＨ７这２个家族ꎻ细菌来源的外切纤维素酶归入ＧＨ５㊁ＧＨ６㊁ＧＨ９和ＧＨ４８这４个家族(表１)[１２￣１３]ꎮ而由ｍｙｃｏＣＬＡＰ数据库(ｈｔｔｐ://ｍｙｃｏｃｌａｐ.ｆｕｎｇａｌｇｅｎｏｍｉｃｓ.ｃａ)给出的命名法可以看出酶的功能特性㊁糖苷水解酶家族归类和来源微生物的各种种属关系[４]ꎬ如名称为ＣＢＨ６Ａ＿ＣＯＰＣＩ的酶是指来自灰盖鬼伞菌(Ｃｏｐｒｉｎｏｐｓｉｓｃｉｎｅｒｅａ)㊁属于ＧＨ６家族的纤维二糖水解酶ꎮ表１㊀ＣＡＺｙ数据库中含有外切纤维素酶的ＧＨ家族的统计信息[４]Ｔａｂｌｅ１㊀ＴｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＧＨｆａｍｉｌｙｉｎｃｌｕｄｅｄｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅｉｎＣＡＺｙｄａｔａｂａｓｅ[４]家族ＧｅｎＢａｎｋ序列数Ｕｎｉｐｒｏｔ序列数ＰＢＤ结构数条目总数古菌细菌真核生物３Ｄ条目数ＧＨ５４９５０１９１９１２０３８２５５６１０７８３９ＧＨ６４８３２３９４４０２７２１４１１０ＧＨ７１０３７９５２７４５００４９４５９ＧＨ９２１３６６７６２８２５２９７８５１１ＧＨ４８１９１１１３１３０１４２２２４２㊀外切纤维素酶的来源以及生化特性２.１㊀外切纤维素酶的来源纤维素酶主要来源于真菌和细菌(好氧或厌氧)以及部分动植物ꎮ其中ꎬ木霉㊁青霉和黑曲霉是外切纤维素酶的主要来源[２]ꎮ真菌所产的外切纤维素酶简称ＣＢＨ[９]ꎻ细菌所产的外切纤维素酶简称Ｃｅｘ[１４]ꎮ２.１.１㊀真菌㊀目前ꎬ被普遍用于外切纤维素酶生产的菌株主要是丝状真菌ꎬ包括木霉属(Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ)[１５]㊁青霉属(Ｐｅｎｃｉｌｌｉｕｍ)和曲霉属(Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ)[１６]等ꎮ全球前沿的酶制剂生产集团ꎬ诺维信(Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ)和杰能科(Ｇｅｎｅｎｃｏｒ)等ꎬ都使用里氏木霉作为外切纤维素酶的生产菌株[１７]ꎮ里氏木霉表达分泌外切纤维素酶的能力较强ꎬ其在生物质降解中的应用较广ꎮ绿色木霉作为另一种能够产外切纤维素酶的真菌ꎬ可以将作物中的纤维素转化为糖ꎬ这样不仅可以对废弃物再次利用ꎬ还可以避免污染环境ꎬ有助于缓解当下所面临的节能减排问题[１８]ꎮ青霉属中能够分泌降解木质纤维素的酶的种类很多[１９]ꎬ其中以草酸青霉为代表ꎬ其他青霉(如微紫青霉和蝇状青霉等)的产酶效率也很高[２０]ꎮ青霉的生长速度较快ꎬ且在酶解糖化的最适温度(５０ħ)下可保持较好的活力稳定性ꎬ同时ꎬ青霉所产外切纤维素酶的６９４生物技术进展ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ酶系较木霉更全ꎬ这些性状让青霉在纤维素酒精的生产中具有特定的优势[１９]ꎮ与里氏木霉相比ꎬ灰白青霉所产的外切纤维素酶含量不高ꎬ酶活力也不具有显著优势ꎬ但是非常稳定ꎬ在５０ħ㊁ｐＨ４.５条件下培育３ｈ活力几乎不变[２１]ꎮ因此ꎬ从长时间水解山杨木的反应过程来看ꎬ灰白青霉产生的外切纤维素酶的催化效能高于里氏木霉[２１]ꎮ２.１.２㊀其他来源㊀放线菌和细菌可分泌表达水解效率很高的外切纤维素酶ꎮ如嗜热放线菌释放的外切纤维素酶在稳定作用时比活力可达７ ９[２２]ꎻ链霉菌所产的２种外切纤维素酶中ꎬＭ２３的活力和里氏木霉所产的酶的活力非常相似ꎬ而Ｍ７ａ的活力是里氏木霉的７倍之多[６]ꎮ枯草芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ)㊁阿氏肠杆菌(Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒａｓｂｕｒｉａｅ)㊁解淀粉芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓａｍｙｌｏｌｉｑｕｅｆａｃｉｅｎｓ)㊁苏云金芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ)等细菌也能够产生活性好㊁耐热㊁稳定性好㊁产量高的外切纤维素酶[２３]ꎮ一些以木材为食物来源的昆虫也可以分泌纤维素酶(主要是外切纤维素酶)来水解纤维素物质ꎮ如白蚁可通过分泌多种外切纤维素酶来促进消化木质纤维素[５]ꎮ但不同饮食和生境中的白蚁所分泌的外切纤维素酶种类有差别ꎮ在巴基斯坦小白蚁(Ｍｉｃｒｏｔｅｒｍｅｓｐａｋｉｓｔａｎｉｃｕｓ)后肠中ꎬＧＨ９家族的外切纤维素酶是表达最多的(占９０％)ꎬβ￣葡萄糖苷酶表达较少(占１０％)[５]ꎻ暗黄白蚁(Ｍａｃｒｏｔｅｒｍｅｓｇｉｌｖｕｓ)的后肠文库显示ꎬＧＨ７家族的外切纤维素酶是表达最丰富的(占６４％)ꎬ其次是ＧＨ５家族的外切纤维素酶(占２７％)ꎬ其他家族的外切纤维素酶仅占９％[２４]ꎮ除白蚁外ꎬ白色斑天牛能够分泌一种被命名为ＡｍＣｅｌ￣５Ｂ的外切纤维素酶ꎬ该酶在５０ħ㊁ｐＨ４时酶活力最高ꎬ其还能够表现出β￣葡聚糖酶的活性[１]ꎮ然而ꎬ由于外切纤维素酶无法识别低聚糖ꎬ造成了天牛只能消化一些刚性长纤维[１]ꎮ植物很少产生纤维素酶ꎬ但是有些植物能通过分泌外切纤维素酶来促进自身生长ꎮ如玉米幼苗就可以分泌外切纤维素酶来水解细胞壁中的β￣Ｄ￣葡聚糖ꎬ以促进自身更好地生长发育[２５]ꎮ２.２㊀外切纤维素酶的生化特性由于外切纤维素酶的来源不同ꎬ其生化特性也不同ꎮ以表２中的外切纤维素酶为例ꎬ大部分外切纤维素酶的最适ｐＨ在５.０~７.０之间ꎬ最适温度在５０ħ左右ꎻ其他经过菌种克隆改良或者来自极端环境的作物或菌株能够产生耐酸㊁耐碱及耐热的外切纤维素酶ꎮ如从长期堆放富含纤维素物表２㊀不同来源的外切纤维素酶的性质Ｔａｂｌｅ２㊀Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅｓｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｕｒｃｅｓ来源分子量/ｋＤ最适ｐＨ最适温度/ħ参考文献黑曲霉(Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒ)３.３１６－６.０５０[８]黑曲霉(Ａ.ｎｉｇｅｒ)Ａｓｐ５２４５７５.０５０[２６]土曲霉(Ａ.ｔｅｒｒｅｕｓ)Ｍ１１－２.０６０[２７]哈茨木霉(Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｈａｒｚｉａｎｕｍ)Ｔ８８４０５.０５０[２８]草酸青霉(Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍｏｘａｌｉｃｕｍ)Ｍ５７６.０５５[２９]特异腐质霉(Ｈｕｍｉｃｏｌａｉｎｓｏｌｅｎｓ)６３５.０５０[３０]烟曲霉(Ａ.ｆｕｍｉｇａｔｕｓ)ＬＹ１５８５.０６０[３１]嗜热毁丝菌(Ｍｙｃｅｌｉｏｐｈｔｈｏｒａｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌａ)７２５.０５０[３２]嗜热毛壳菌(Ｃｈａｅｔｏｍｉｕｍｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｍ)ＣＴ２６７５.０６５[３３]极端嗜热厌氧木质纤维素降解菌解糖热解纤维素菌(Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ)１５３４.５８０[３４]地衣芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ)ＡＴＣＣ１４５８０７９９.０５０[３５]短小芽孢杆菌(Ｂ.ｐｕｍｉｌｕｓ)ＡＣ￣４７８９.５５０[３６]芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ.)ＵＶ￣ＮＴＧ￣１０２９７.０５０[３７]㊀注:－表示无此项ꎮ７９４张清翠ꎬ等:外切纤维素酶的研究与应用进展质的垃圾堆肥中筛选到一株嗜热嗜酸的土曲霉(Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｔｅｒｒｅｕｓ)Ｍ１１ꎬ其所产的外切纤维素酶于１００ħ温育３０ｍｉｎ仍保持３０％左右的酶活力ꎬ在５０ħ㊁ｐＨ２.０条件下温育１ｈ后酶活力不变ꎬ说明此酶具有较强的耐热性㊁耐酸性[２７]ꎮ自化纤厂的土样中筛选获得一株短小芽孢杆菌(Ｂａｃｉｌｌｕｓｐｕｍｉｌｕｓ)ＡＣ￣４ꎬ其所产的外切纤维素酶在５０ħ㊁ｐＨ９.５条件下温育３０ｍｉｎ酶活力最高ꎬ说明其具有较强的耐碱性[３６]ꎮ对极端嗜热厌氧木质纤维素降解菌解糖热解纤维素菌(Ｃａｌｄｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｒｕｐｔｏｒｓａｃｃｈａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ)来源的单催化域外切纤维素酶进行双催化域重构ꎬ获得了具有降解天然木质纤维素的双催化域㊁耐热的外切纤维素酶[３４]ꎮ研究发现ꎬＭｇ２＋㊁Ｃａ２＋㊁Ｃｕ２＋和Ｚｎ２＋能够降低外切纤维素酶活性ꎬ且酶活性与离子浓度成负反馈变化[３８]ꎻ重金属离子Ｃｕ２＋㊁Ｐｂ２＋和Ｈｇ２＋对外切纤维素酶活性具有不可逆的抑制作用[３９]ꎻ各种价态的阴离子和Ｌｉ＋㊁Ｋ＋㊁Ｎａ＋几乎不能对外切纤维素酶活性造成影响[４２￣４３]ꎻＦｅ２＋和表面活性剂可提高外切纤维素酶活性[４０]ꎮ值得注意的是ꎬＣａ２＋㊁Ｚｎ２＋和Ｍｎ２＋对某些来自动物体内的外切纤维素酶具有激活作用[３９]ꎮ３㊀外切纤维素酶的筛选、水解产物分析的相关技术㊀㊀木质素是目前世界上可利用资源中数量较大的一种物质ꎬ其在外切纤维素酶等的作用下进行生物质转化变成可利用资源ꎬ可以极大地减少资源浪费和环境污染[４１]ꎮ然而ꎬ目前纤维素类生物质的降解利用率偏低ꎬ高效地获得酶活性较高的外切纤维素酶并分析其水解产物的构成是目前的首要任务ꎮ因此ꎬ技术的革新对于提高产外切纤维素酶菌株的筛选效率㊁加快水解产物成分的分析具有重要意义ꎮ３.１㊀产外切纤维素酶菌株的筛选微生物既能产生外切纤维素酶又能高效的降解作物秸秆[４１]ꎬ所以分离㊁筛选能够高产外切纤维素酶的菌株是目前获得外切纤维素酶的最有效的方法ꎮ随着技术的发展ꎬ分子生物学手段㊁分析化学技术逐渐被应用于产酶菌株的筛选中ꎮ常规方法为:对菌株进行发酵培养ꎬ诱导其产生外切纤维素酶ꎬ再结合羧甲基纤维素酶活和滤纸酶活的测定筛选纤维素降解优势菌株ꎮ当下可通过细菌１６ＳｒＤＮＡ和真菌１８ＳｒＤＮＡ同源序列比对确定菌株种属ꎬ有助于快速确定其产酶条件ꎬ进而筛选优质的产外切纤维素酶的菌株[４２]ꎮ此外ꎬ还可运用纳米级液相－电喷雾－串联质谱(ｎａｎｏＬＣ￣ＥＳＩ￣ＭＳ/ＭＳａｎａｌｙｓｉｓ)技术ꎬ对菌株发酵所产的外切纤维素酶蛋白进行分析ꎬ快速确定产酶菌株[３１]ꎮ还有一种被称为ＨＴＳ的新系统可以有效的分析各种新型酶ꎬ这种设备首次利用自动的高通量系统直接筛出了具有催化功能的外切纤维素酶[２２]ꎮ具体操作为:在３７ħ条件下对微生物进行持续搅拌ꎬ通过１１~１４ｈ以上的光密度监测ꎬ得出９６孔板中细胞的生长情况ꎬ再用ＶＩＣＴＯＲ３型微板阅读器测定了４￣甲基－基板阅读纤维二糖释放的荧光ꎮ这个新的ＨＴＳ系统每天能够对超过１０４个克隆进行验证ꎮ其从甘薯田土壤微生物和瘤胃液制备的２９００６个中间组分的克隆中得到了４个产外切纤维素酶的克隆物(ＣｅｌＥｘ￣ＳＦ３０１ꎬＣｅｌＥｘ￣ＳＦ３０９ꎬＣｅｌＥｘ￣ＢＲ１２ꎬＣｅｌＥｘ￣ＢＲ１５)[２２]ꎮ３.２㊀外切纤维素酶的水解产物分析对酶的水解产物成分进行有效地分析ꎬ对于促进资源的二次利用具有重要意义ꎮ研究表明ꎬ可利用薄层色谱(ｔｈｉｎｌａｙｅｒｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙꎬＴＬＣ)技术对反应混合物的水解产物进行分析检测[４３]ꎮＳａｎｃｈｅｚ等[４３]在分析类芽孢杆菌(Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ.)ＢＰ￣２３所产的外切纤维素酶Ｃｅｌ４８Ｃ的水解产物时ꎬ将氯仿㊁乙酸㊁水(６ʒ７ʒ１ꎬ体积分数)混合物作为长链多糖和纤维糊精的洗脱剂ꎬ产物分离后ꎬ通过新制备的乙醇/浓硫酸混合物(９５ʒ５ꎬ体积分数)喷涂硅胶板进行糖检测可以得到葡萄糖㊁纤维二糖㊁果糖的含量ꎬ进而得到不同产物的水解产率ꎮ４㊀外切纤维素酶的工业应用外切纤维素酶已经被生物技术领域广泛使用ꎬ越来越多的工业应用材料以生物原料为基础ꎬ且已经进入大规模生产阶段[２２]ꎮ４.１㊀造纸业外切纤维素酶可以在较宽的ｐＨ范围内发挥作用ꎬ并且具有良好的热稳定性ꎬ适合进行生物质的转化ꎮ研究表明ꎬ外切纤维素酶适用于造纸工业的高温偏碱环境ꎬ其在纸浆纤维的精练过程中８９４生物技术进展ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ具有较高的效率ꎬ可以降低纸浆粘度ꎬ同时提高纸浆的利用率(６５％~８０％)[４４]ꎮ加入外切纤维素酶的纸张的光滑度较一般的纸张好[４５]ꎮ利用外切纤维素酶进行纸张脱墨是另一个新兴的用途[４６]ꎮ废纸回收利用中最重要的一个过程就是脱墨工艺ꎬ外切纤维素酶制成的脱墨剂能够使油墨和纤维素的结合力降低ꎬ使油墨乳化分散与纤维脱离ꎬ其与传统的纸张脱墨相比具有高效㊁污染少㊁成本低㊁性能好等优点[４７]ꎮ４.２㊀食品加工业随着生活品质的不断提高ꎬ人们对食物在健康㊁营养价值和风味等方面的要求越来越高ꎮ而外切纤维素酶在食品工业中的应用恰好满足了人们的要求ꎮ外切纤维素酶应用于果实和蔬菜加工过程中ꎬ既可以避免果蔬香味和维生素的流失ꎬ还可以使植物组织软化蓬松ꎬ提高口感㊁促进消化[４８]ꎮ在酒㊁醋㊁酱油的酿造过程中加入外切纤维素酶ꎬ不但可以增加产率㊁降低成本㊁减少污染ꎬ还能提高口感㊁增加风味[４９￣５０]ꎮ在油料作物[５１]和豆腐[５２]的加工过程中加入外切纤维素酶可以极大地提高出油率和营养价值ꎬ节约资源ꎮ在利用外切纤维素酶浸取苦丁茶的工艺中ꎬ提高酶浓度ꎬ苦丁茶中氨基酸㊁水溶性糖㊁水浸出物的含量升高ꎬ纤维素含量下降ꎬ其浸出率更好[５３]ꎮ４.３㊀制药业目前ꎬ中药的需求量日益增长ꎬ且在制药行业占有重要的地位ꎮ中药的制作过程中最重要的就是从植物中提取有效成分[５４]ꎬ但是由于植物组织中含有大量的细胞壁ꎬ难以被水解ꎬ使得其提取效率较低ꎮ而在提取过程中加入外切纤维素酶可以充分降解植物细胞壁ꎬ使其内部成分释放出来用于制作中药ꎬ从而提高中药的产量和品质ꎬ且具有较高的安全性[５５]ꎮ４.４㊀纺织业纺织品的加工和处理广泛使用外切纤维素酶ꎬ其可以在不影响产品质量的条件下高效去除纤维素丝毛ꎬ增加产品的柔软度㊁弹性和悬垂感[５６]ꎮ如在牛仔服的制作中加入外切纤维素酶进行石磨水洗ꎬ从而去除表面的纤维以及纤维表面的靛蓝等染料ꎬ此方法较传统的石磨水洗处理能够缩小成本㊁降低对人体的危害㊁减少污染ꎬ同时保持更好的质感[５０]ꎮ纯棉质衣服由于其吸汗㊁透气的特性受到人们的喜爱ꎬ但是纯棉质衣服表面含有大量绒毛使其过于粗糙ꎬ既影响美观又对皮肤有损ꎬ而在制作过程中加入来自里氏木霉的酸性纤维素酶ꎬ利用生物抛光技术降解表面的绒毛ꎬ提升纯棉质衣服的外表光滑度和光泽ꎬ赋予其新的色彩亮度[１３ꎬ５７]ꎮ４.５㊀饲料工业外切纤维素酶的加入可以改善植物性饲料的养分ꎬ促进动物内源酶的分泌ꎬ从而提高养分消化率㊁促进动物生长发育ꎬ进而提升饲养效率㊁降低饲养成本[４６]ꎮ如利用外切纤维素酶降低酿醋产生的有机废物醋糟的粗纤维含量ꎬ将其转变为非结晶纤维ꎬ从而开发成动物饲料ꎬ提高其营养价值[５８]ꎮ研究显示ꎬ利用加入纤维素复合酶的饲料喂养的羊崽体重日均增加了４.２２％[５７]ꎻ喂养的肉鸡体重增加了２.７８％ꎬ饲料消耗量下降了１６ １５％[５７]ꎻ喂养的鱼类日增重提高ꎬ饵料系数下降ꎬ摄取的基本营养成分增加ꎬ而体成分没有变化[５９]ꎮ４.６㊀新型材料合成外切纤维素酶还普遍应用在新型材料的生产中ꎮ如利用外切纤维素酶处理马尾松纤维以制作纳米纤维材料[６０]ꎻ利用外切纤维素酶处理棉花以制备棉花纤维素纳米纤维薄膜[６１]ꎮ其中ꎬ纳米纤维薄膜可用作软包装复合材料的强度层和阻隔层ꎬ还将在绿色高性能包装材料领域得到使用[６２]ꎮ４.７㊀能源再生和环境保护随着不可再生能源(石油㊁天然气和煤炭)的不断消耗ꎬ世界上的能源储量正面临着枯竭ꎬ因而急需寻找新能源ꎮ将生物质转化为液体燃料是目前被广泛认同的方法ꎬ而应用最多的就是开发和利用外切纤维素酶等将各种生物质资源转化成可再生能源ꎮ在能源再生方面ꎬ将纤维素在外切纤维素酶和其他酶的辅助下转化成乙醇和生物柴油等已广泛应用[５３]ꎮ人们除了利用已有的纤维素原料生产乙醇燃料ꎬ还对废弃物进行了二度利用ꎬ将制浆造纸工业产生的固体废弃物(如纸浆污泥)在外切纤维素酶的作用下转化成乙醇燃料ꎬ这不仅拓宽了乙醇燃料的生产途径ꎬ还减少了纸浆污泥对环境的污染[６３]ꎮ而将生物乙醇添加到汽油中可以提高燃油品质ꎬ从而减少废气和碳排放[６４]ꎮ利９９４张清翠ꎬ等:外切纤维素酶的研究与应用进展用外切纤维素酶发酵木薯渣可以产氢ꎬ使氢能源的应用更加普遍ꎬ该生产已经实现了反应器水平上的放大化发酵产氢[６５]ꎮ这为不少农产品加工企业解决了加工后废弃物的重复利用问题和环境污染问题ꎬ极大地降低了企业生产成本ꎬ避免了对粮食作物的大量损耗ꎮ在油井压裂上ꎬ向低温井中经常加入外切纤维素酶做破胶剂ꎬ比化学破胶剂液化更可靠㊁安全ꎬ现已在油田应用ꎬ起到显著的增产效果[６６]ꎮ在环境保护方面ꎬ外切纤维素酶可将纤维废渣降解转化成葡萄糖等物质ꎬ增加资源利用率ꎮ将外切纤维酶加入到城市生活垃圾的处理中ꎬ将垃圾快速㊁高效地降解为绿色无污染的有机肥ꎬ极大改善了城市生活垃圾难以处理的问题[６７]ꎮ外切纤维素酶还可以用来降解天然植物ꎬ如利用外切纤维素酶可以提高水稻秸秆的降解效率ꎬ在减少农作物材料浪费的同时ꎬ环境也得到了很大的改善[６８]ꎮ５ 展望随着分子生物学技术的快速发展以及对外切纤维素酶的深入研究ꎬ外切纤维素酶的使用范围越来越广ꎬ尤其是在生物质能源方面ꎬ有效地降解纤维素并获得可利用的产物ꎬ既可以防止环境污染ꎬ又可以利用纤维素原料为社会带来巨大价值和收益[６９]ꎮ因此ꎬ外切纤维素酶是一种具有巨大应用潜力的纤维素酶ꎮ由于微生物原始来源的外切纤维素酶的催化效果有限ꎬ在大规模工业化生产中成本高ꎬ限制了外切纤维素酶在工业化生产中的发展速度ꎬ通过对外切纤维素酶的生产菌株进行遗传改良提高其表达水平ꎬ以及对外切纤维素酶进行定点突变来提高其催化活性ꎬ是目前研究的热点[６９￣７０]ꎮ本课题组针对内蒙古地区丰富的玉米秸秆和沙柳等纤维素废弃原料ꎬ着力研究高效的外切纤维素酶ꎬ可以将秸秆中的纤维素基质转化为乙醇和有机酸等生物材料(数据未发表)ꎬ这样既解决了当地的环境污染问题和废弃农作物堆放问题ꎬ也为内蒙古地区的生物质资源化利用的发展做出贡献ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀ＣＨＡＮＧＣꎬＷＵＣＰꎬＬＵＳꎬｅｔａｌ..Ａｎｏｖｅｌｅｘｏ￣ｃｅｌｌｕｌａｓｅｆｒｏｍｗｈｉｔｅｓｐｏｔｔｅｄｌｏｎｇｈｏｒｎｂｅｅｔｌｅ(Ａｎｏｐｌｏｐｈｏｒａｍａｌａｓｉａｃａ)[Ｊ].ＩｎｓｅｃｔＢｉｏｃｈｅｍ.Ｍｏｌｅｃ.ꎬ２０１２ꎬ４２(９):６２９－６３６. [２]㊀ＫＯＣꎬＴＳＡＩＣꎬＬＩＮＰꎬｅｔａｌ..Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｐｕｌｐｒｅｆｉ￣ｎｉｎｇａｃｔｉｖｉｔｙｏｆａＰａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓｃａｍｐｉｎａｓｅｎｓｉｓｃｅｌｌｕｌａｓｅｅｘｐｒｅｓｓｅｄｉｎＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ[Ｊ].ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２０１０ꎬ１０１(２０):７８８２－７８８８.[３]㊀ＳＨＡＮＭＵＧＨＡＰＲＩＹＡＳꎬＫＩＲＡＮＧＳꎬＳＥＬＶＩＮＪꎬｅｔａｌ..Ｏｐ￣ｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎬｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｍｅｓｏｐｈｉｌｉｃａｌｋａｌｉｎｅｃｅｌｌｕｌａｓｅｆｒｏｍｓｐｏｎｇｅ￣ａｓｓｏｃｉａｔｅｄＭａｒｉｎｏｂａｃｔｅｒｓｐ.ＭＳＩ０３２[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｂｉｏｃｈｅｍ.Ｂｉｏｔｅｃｈ.ꎬ２０１０ꎬ１６２(３):６２５－６４０.[４]㊀段晓云.代表性纤维素酶家族活性架构的功能位点分析[Ｄ].济南:山东大学ꎬ硕士学位论文ꎬ２０１３. [５]㊀ＹＯＯＮＫＡꎬＫＩＭＪＨꎬＨＷＡＮＧＣＥꎬｅｔａｌ..Ｃｅｌｌｕｌａｓｅｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅｓｉｎｔｅｒｍｉｔｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｈａｂｉｔａｔａｎｄｄｉｅｔ[Ｊ].Ｊ.ＡｓｉａＰａｃ.Ｅｎｔｏｍｏｌ.ꎬ２０１５ꎬ１８(３):３６９－３７５. [６]㊀ＳＥＭＥＤＯＬＴꎬＧＯＭＥＳＲＣꎬＢＯＮＥＰꎬｅｔａｌ..ＥｎｄｏｃｅｌｌｕｌａｓｅａｎｄｅｘｏｃｅｌｌｕｌａｓｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｔｗｏＳｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｓｔｒａｉｎｓｉｓｏｌａｔｅｄｆｒｏｍａｆｏｒｅｓｔｓｏｉｌ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｂｉｏｃｈｅｍ.Ｂｉｏｔｅｃｈ.ꎬ２０００ꎬ８４(１):２６７－２７６.[７]㊀苏少锋ꎬ萨初拉ꎬ刘红葵ꎬ等.葡聚糖外切酶和葡聚糖内切酶基因密码子的优化及表达[Ｊ].畜牧与饲料科学ꎬ２０１７ꎬ３８(３):１－８.[８]㊀张海娟ꎬ李军ꎬ朱凤妹.耐热黑曲霉３.３１６产外切葡聚糖苷酶培养基优化及酶学性质研究[Ｊ/ＯＬ].食品工业科技ꎬｈｔ￣ｔｐ://ｋｎｓ.ｃｎｋｉ.ｎｅｔ/ｋｃｍｓ/ｄｅｔａｉｌ/１１.１７５９.ＴＳ.２０２００５１３.１６２３.００４.ｈｔｍｌꎬ２０２０－５－１３.[９]㊀袁茂翼ꎬ叶发根ꎬ雷琳ꎬ等.纤维二糖水解酶的研究进展[Ｊ].食品与发酵工业ꎬ２０１７ꎬ４３(１０):２４８－２５１.[１０]㊀张小梅ꎬ李单单ꎬ王禄山ꎬ等.纤维素酶家族及其催化结构域分子改造的新进展[Ｊ].生物工程学报ꎬ２０１３(４):４２２－４３３.[１１]㊀王帅ꎬ陈冠军ꎬ张怀强ꎬ等.碳水化合物活性酶数据库(ＣＡＺｙ)及其研究趋势[Ｊ].生物加工过程ꎬ２０１４(１):１０２－１０８.[１２]㊀ＣＨＵＫＥＡＴＩＲＯＴＥＥꎬＭＡＨＡＲＡＣＨＣＨＩＫＵＭＢＵＲＡＳＳꎬＷＯＮＧＫＨＡＭＳꎬｅｔａｌ..ＣｌｏｎｉｎｇａｎｄｓｅｑｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅⅠｇｅｎｅｓｆｒｏｍｓｏｍｅｂａｓｉｄｉｏｍｙｃｅｔｅｓ[Ｊ].Ｍｙｃｏ￣ｂｉｏｌｏｇｙꎬ２０１２ꎬ４０(２):１０７－１１０.[１３]㊀ＪＵＴＵＲＵＶꎬＷＵＪＣ.Ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｅｌｌｕｌａｓｅｓ:ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬｐｒｏ￣ｄｕｃｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｒｅｎｅｗ.Ｓｕｓｔ.Ｅｎｅｒｇ.Ｒｅｖ.ꎬ２０１４ꎬ３３(６):１８８－２０３.[１４]㊀高凤菊ꎬ李春香.真菌与细菌纤维素酶研究进展[Ｊ].唐山师范学院学报ꎬ２００５(２):７－１０.[１５]㊀ＤＵＪꎬＺＨＡＮＧＸꎬＬＩＸꎬｅｔａｌ..ＴｈｅｃｅｌｌｕｌｏｓｅｂｉｎｄｉｎｇｒｅｇｉｏｎｉｎＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａｒｅｅｓｅｉｃｅｌｌｏｂｉｏｈｙｄｒｏｌａｓｅⅠｈａｓａｈｉｇｈｅｒｃａｐａｃｉｔｙｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｅｌｌｕｌｏｓｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｔｈａｎｔｈａｔｏｆＰｅｎｉｃｉｌｌｉ￣ｕｍｏｘａｌｉｃｕｍ[Ｊ].ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２０１８(２６６):１９－２５. 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Vol.15,No.18精细与专用化学品第15卷第18期Fine and Specialty Che m icals2007年9月21日技术进展生物技术生产纤维素酶及其应用研究进展刘 颖3 张玮玮(哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江哈尔滨150076)摘 要:简要介绍纤维素酶的酶学性质、降解机制、生产工程菌的选育、纤维素酶的应用情况,以及对纤维素酶生产与应用方面存在的问题和未来发展趋势进行了分析与探讨。
纤维素酶在食品、酿造行业、农副产品深加工、饲料、医药、环境保护和化工等领域有着非常广阔的应用前景和应用潜力。
我国纤维素酶的生产及应用研究近年来取得了很大进展,今后必将在应用深度和广度上进一步扩展。
关键词:纤维素酶;发酵;克隆;生物技术Cellul a se Produced by B i otechnology and Its Appli ca ti on ProgressL I U Ying,ZHAN G W ei2w ei(College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin150076,China)Abstract:The enzy mol ogical p r operties of cellulase,degradati on mechanis m,the selecting culture of engineering m i2 cr oorganis m and the app licati on p r os pect of bi otechnol ogy in cellulase industry are intr oduced briefly.The existing p r oble m s in cellulase p r oducti on and app licati on and the devel opment trend in the future are analyzed and discussed.The p r os pect and potential of app licati ons of cellulase are wide,es pecially in the fields of f ood industry,fer mentati on industry,deep2p r o2 cessing of far m ing p r oducts,f orage,medicine,envir on mental p r otecti on and che m ical industry.A great p r ogress has been made in the cellulase devel opment and app licati on recently in China,and in the future it will be certainly expanded deep ly and comp rehensively.Key words:cellulase;fer mentati on;cl one;bi otechnol ogy 纤维素是地球上数量最大的可再生资源,微生物对它的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。
纤维素酶(Cellulase)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。
纤维素的生物转化与利用对当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要的意义。
近年来,我国纤维素酶的应用研究十分活跃,已筛选到一批高产菌株。
随着分子生物学、遗传工程的迅猛发展,国内外均在尝试应用基因工程技术来改造和构建高效纤维素降解菌。
这些菌具有独特的酶学性质,扩大了纤维素酶的应用范围。
根据纤维素酶遗传特性而构建的高效纤维素分解菌开辟了纤维素酶生产的新途径。
1 维素酶的性质及其降解机制纤维素酶是一种糖蛋白,它是一个多组分的诱导酶系,采用层析分离和电泳技术等可将纤维素酶分成不同的组分。
目前普遍认为,完全降解纤维素至少需要由3种功能不同但又互补的纤维素酶协同作用才能将纤维素水解至葡萄糖,它们是EG(内切葡聚糖酶)、CBH(外切葡聚糖酶)和CB(纤维二糖酶或β2葡萄糖苷酶)。
纤维素的降解过程,首先是纤维素酶分子吸附到纤维素表面,然后,EG(内切・8・3收稿日期:2007207212 作者简介:刘颖(19682),女,副教授,研究方向为食品生物技术。
2007年9月21日刘颖,等:生物技术生产纤维素酶及其应用研究进展酶)在葡聚糖链的随机位点水解底物,产生寡聚糖; CBH(外切酶)从葡聚糖链的非还原端进行水解,主要产物为纤维二糖;而CB可水解纤维素二糖为葡萄糖。
纤维素的降解过程需要这3类酶的协同作用才能完成对纤维素的降解,但完全降解时所需上述3类纤维素酶的比例各异。
纤维素酶分子由催化结构域(catalyticdomain,CD)、纤维素结合结构域(cel2 lul osebindingdomain,CBD)和一个连接桥(linker)3部分组成。
不同来源的纤维素酶分子其特征和催化活性不尽相同〔1〕。
2 生物技术选育纤维素酶生产菌种2.1 物理诱变育种技术紫外线诱变育种是国内外广泛采用的提高菌种性能的育种方法,已经应用此方法选育到很多优良突变株。
利用低能离子束注入对微生物及植物种子等进行诱变,是近几年在我国发展起来的一项新的育种技术。
它具有损伤轻、突变频率高、突变谱宽、突变性状稳定等突出的优点,因此可望通过此项新的育种技术获得期望的诱变菌株。
里氏木霉(Tri2 choder mareesei)突变株的筛选是将经诱变处理过的分生孢子在平板上培养,培养基为在基本培养基中添加磷酸膨胀过的纤维素和质量分数为5%甘油的琼脂。
具有抗性的突变株在琼脂平板上产生分解纤维素的透明圈。
2.2 原生质融合技术里氏木霉能大量合成外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶,但是纤维二糖酶活力低,而黑曲霉(A.niger)的CB活力高。
为了充分开发利用里氏木霉和黑曲霉这两个远源属种间的互补优势性状,可将里氏木霉和黑曲霉进行原生质融合,筛选到的融合子获得了两属的优点。
用高效发酵单糖为乙醇的运动发酵单胞菌(Zy momonas mobilis)的原生质球作为受体与纤维素发酵菌的原生质体融合,即可获得能直接利用纤维素产生乙醇的基因重组的融合子。
马建华等用电融合技术,将木霉和酿酒酵母细胞融合,使酿酒酵母获得利用纤维二糖产生乙醇的能力。
但是,对原生质融合使微生物获得新性状的机制的研究至今还很少,融合子的遗传稳定性还并不太理想。
2.3 D NA体外重组技术由于以分子克隆为基础的基因重组技术的快速发展与日趋成熟,国内外的研究者已开始应用重组DNA技术对纤维素酶产生菌进行改造或创造新的纤维素酶产生菌。
与前两种育种技术相比,基因工程育种具有很好的定向性,为构建高效纤维素分解菌开辟了新途径,最有可能使纤维素的分解利用问题得到突破性解决。
纤维素酶基因克隆的研究始于20世纪70年代,现已从20多种细菌及数种真菌中克隆到酶基因并对它们进行了测序。
许多真菌能合成大量的纤维素酶,但真菌发酵周期长,不易扩大生产,而细菌生产速度虽然快,但产酶水平低。
因此,可以将真菌纤维素酶的基因克隆到细菌中表达,来提高纤维素酶活力和产量。
目前,许多已报导的真菌纤维素酶基因都已在大肠杆菌(E.coli)中表达,但表达水平低,酶蛋白不能分泌,离工业化应用的目标还有一定距离。
另外,国内外的研究者还曾用酿酒酵母(S.cer2 evisiae)和运动发酵单胞菌(Z.mobilis)以及黄单胞菌(Xanthomonasca mpastris)等作为纤维素酶基因的受体,并在其中进行表达。
Penttila等将黑曲霉的CB基因在酵母中表达,使酵母能在纤维二糖培养基中生长。
山东大学生命科学院微生物系已成功地从微紫青霉(Penicillium janthinellum)的c DNA文库中克隆到CBH I基因,转入到CBH酶活较低的黄单胞菌中,并成功表达。
结合子的CBH I酶的pNPC活力比原始菌株提高2～4倍,滤纸酶活提高1倍。
在里氏木霉纤维素酶制剂中补加黑曲霉的CB可大幅度提高纤维素底物水解速度。
但如果两者混合培养,会增加生产工艺复杂性,增加成本。
为了充分开发利用T.reesei和A.niger这两个远源属种间的互补优势性状,研究者尝试用属间细胞融合方法,但未能实现融合。
把A.niger的CB基因克隆到T.reesei 的基因组中以提高β2葡萄糖苷酶的活力的研究目前也是纤维素降解研究的热点〔2〕。
3 纤维素酶的发酵及其分离提纯技术纤维素酶的发酵方法有固态发酵和液态发酵。
固态发酵设备简单,投资少,但发酵水平不稳定,生产效率低,易污染杂菌,较适于小规模生产;液态深层发酵培养条件容易控制,不易染杂菌,生产效率高,适于大规模生产。
要发酵得到高产量、高品质的纤维素酶不仅需要筛选出优良的菌株,还必须选用适宜的发酵基料,采用合适的发酵方法,控制好发酵条件。
一般而言,真菌纤维素酶是诱导酶,诱导物是・9・调控纤维素酶合成的主要因素。
多数菌株的纤维素酶的合成既受纤维二糖、槐糖、山梨糖等的诱导,又为葡萄糖、甘油等易利用碳源阻遏,还受菌体生长速度的影响〔3〕。
通常CBH I受影响较少,而内切酶受影响较大。
槐糖对纤维素酶的诱导效率是微晶纤维素等其他诱导物的几十到几千倍,因而多年来,人们一直把槐糖作为纤维素酶合成的天然诱导物。
最近研究又发现槐糖对纤维素酶合成的诱导作用依赖于结合β2葡萄糖苷酶,而使人们对槐糖是否是真正的诱导物提出了质疑〔4〕。
纤维素酶来源广泛,组分复杂,各组分的分子量和等电点相差很小,分离纯化工作比较困难。
但是纤维素酶的分离纯化工作又非常重要,只有得到纯酶,才能了解其组成、性质及相互关系,并可根据纤维素酶的不同理化性质、纤维材料的作用特点,开展纤维素降解机制的研究。
通常,纤维素酶的分离纯化多采用离子交换层析,由于酶蛋白分子表面电荷的不均一性,对离子交换剂表现了不同的亲和力,且离子交换剂与酶蛋白分子之间的亲和力不仅取决于酶分子表面携带电荷数目多寡,而且与其分子内电荷排布有关〔5〕。
因而,一个简单的吸脱条件很难将多种酶蛋白分离开来,往往需要复杂的吸脱条件才能得到纯酶。
凝胶过滤层析也是纯化纤维素酶常用的方法。
这种方法条件温和、简便、分离范围广、回收率高,对生化物质的分离十分适宜。
工业生产纤维素酶粗酶制剂常采用硫酸铵盐析法、酒精沉淀法、单宁沉淀法等〔6〕。
4 纤维素酶的应用进展4.1 在农业上的应用植物纤维原料利用纤维素酶和半纤维素酶先将纤维素和半纤维素降解成可发酵糖,进而通过发酵制取酒精、单细胞蛋白(SCP)、有机酸、甘油、丙酮及其他重要的化工原料;纤维素、半纤维素通过纤维素酶的限制性降解还可制备成功能性食品添加剂,如微晶纤维素、膳食纤维和功能性低聚木糖等。