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。7

2 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。

3 纤维素酶的性质4

3.1 纤维素酶的最适pH

纤维素酶系中，不同的pH条件下，纤维素水解效率明显不同。大多数酶作用于底物的最适pH为4.0一6.0;pH稳定范围大多在4.0 -9.0。另外，最适PH与反应温度有关，如拟康氏木霉姚一78的纤维素酶CMC糖化力，30℃时最适pH 为5.0,40℃时为4.8,50℃时为4.4,60一75℃时为4.0一4.40 。

3.2 纤维素酶的最适温度

大多数纤维素酶都具有较高的稳定性，一般最适温度为40一650C,温度稳定范围为50-700C。但各组分酶的热稳定性也有差异，并受到pH的影响。拟康氏木霉姚一78纤维素酶的CMC糖化力在pH2.0或pH7.0时，若温度在40℃以上，便开始降低;在pH3.0或pH6.0时，温度在50℃以上，活力开始降低; 而在较适宜的pH4.0.一5.0时，温度60℃以上，酶活力才开始降低。

3.3纤维素酶的最佳水解时间5

要注意的是纤维素酶水解得得最佳时间一般为48小时，其中开始的6小时水解效率较高，48小时后，效率基本不再提高反而有降低的趋势，谁接的时间与效率关系与结构的变化有一定的关系。

3.4 纤维素酶的抑制剂与激活剂

纤维素酶可由酶促反应的产物和类似底物的某些物质引起竞争性抑制剂，常见的竞争性抑制剂有纤维二糖、葡萄糖和甲基纤维素;植物体内的某些酚、单宁和花色素是天然的抑制剂;卤素化合物、重金属、去垢剂和染料等也能使其失活。但是,在酶作用条件改变后，一些物质可在抑制剂和活化剂之间转换。如纤维二糖在大多数情况下是抑制剂，但在作用于CMC时，有7种纤维素酶被纤维二糖活化。

但是，由不同的生产菌种所产的纤维素酶在分子量、最适温度、最适pH 等各方面都有所不同，甚至相差很大，而且纤维素酶各组分大多数是糖蛋白，含糖比例很不相同,糖与蛋白的结合方式也不同。

4 纤维素酶在食品工业中应用8-20

4.1 水果蔬菜加工

在果蔬加工中，为了使组织软化膨润，一般采用蒸煮，酸碱处理等，但这通常会使植物中维生素和香味消失。利用纤维素酶处理可以避免上述缺点，而且能使植物组织软化蓬松，更能改善产品的适口性，提高消化率。在压榨果汁时出汁率会提高5%左右，而且压榨时间大大缩短，这对于节约生产成本，提高生产效率有着很大的意义。

4.2 油料作物加工

纤维素酶在油料加工中其非常重要的作用，传统的油料加工采用压榨，浸提等方法，产品质量低，生产成本高，同时不可避免有机溶剂的残留。用纤维素酶法代替有机溶剂浸提法，不仅提高了油品的产量和质量，而且通过酶法控制加工过程，可以利用较温和的条件进行生产，避免剧烈条件对质量的影响，因此，在农产品加工中多采用酶法,不仅能改善产品质量还能减少副产物的生成和处理废弃物的成本。

4.3 茶的生产研究

传统速溶茶的生产是产用沸水浸泡茶叶提取茶叶细胞中的有效成分，入氨基酸、糖、咖啡因等，再经低温冷冻干燥。若用纤维素酶现对茶叶进行适当的处理，既可降低固定化产酶温度，缩短抽提活性物质的时间，提高茶的品质，又可提高茶的得率。

4.4 发酵食品中的应用

4.4.1 酒精生产

酒精酿造所需原料纤维含量大，使用纤维素酶可同时将淀粉和纤维素转化为糖，原料利用率提高，在经过酵母分解全部转化为酒精。不仅发酵过滤性好，而且发酵时间缩短，出酒率提高3%-5%。且酒质量纯正，淀粉和纤维利用率高达90%，还可降低谬液的黏度。利用纤维素酶进行发酵，前景十分看好。

4.4.2 啤酒生产

将纤维素用于啤酒工业的麦芽生产中，可增加麦粒溶解性，加快发芽，减少糖化液葡萄糖的含量，增加麦粒溶解性，浆纤维素的利用率提高约每100Kg出酒量10-15Kg，节省20%，且口感醇香，杂醇油含量低。

4.4.3 食醋酿造

食醋酿造过程中，将纤维素酶与糖化酶混合使用，可明显提高原料利用率和出品率，醋的感官和理化指标明显提高。