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酶工程课程论文 纤维素酶的生产及应用进展 摘要：纤维素是地球上最丰富的可再生的生物质资源，它占植物干重的35%～ 50%，是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物，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。自从纤维素酶被人类认识和利用以来，它在 许多行业都发挥着重要的作用。目前纤维素酶的应用最多的要数饲料工业和食品 工业，本文就对纤维素酶的性质、生产及在工业中的应用进展进行了综述。 关键词：纤维素酶 生产 应用 引言 纤维素是植物细胞壁的主要构成物质之一，在自然界的有机物中，纤维素储 存量最多，是分布最广、含量最丰富的可再生碳源化合物。每年光合作用可产生 100亿余吨的植物干物质，其中一半以上是纤维素和半纤维素。然而，这部分资 源目前尚未得到充分的开发利用，造成了资源及能源的巨大浪费。要利用纤维素 必须首先将其分解。如果用纤维素酶将纤维素转化为葡萄糖，将给人类提供新的 资源，同时也解决了纤维素的浪费问题。 一、纤维素酶的特性 纤维素酶在自然界分布极为广泛，昆虫、软体动物、高等植物、细菌、放线 菌和真菌都能产生纤维素酶。反刍动物的瘤胃以及猪大肠中也有分解纤维素的细 菌存在。纤维素酶不是单种酶，而是起协同作用的多种酶系。可分为以下三类: 第一类是C1酶，也称为纤维二糖水解酶(Cellobiohydrolase)，它能够作用于纤 维素中分子排列整齐的结晶区，也能作用于分子排列不整齐的非结晶区。 第二类是Cx 酶，也称β- 1，4-葡聚糖酶，它能水解溶解的纤维素衍生物或无 定形纤维素，但不能作用于结晶纤维素。它包括两种酶，外切β-1，4-葡聚糖酶 ( EC3 .2.1.91)和内切β-1，4-葡聚糖酶( EC3.2.1.4) 。前者从纤维素的非还原性末端 逐个地将葡萄糖水解下来，并将其构型从β- 型转变成a-型；而后者以随机的方 式从纤维素链的内部将它裂开，它作用于较长纤维素链，对末端的敏感性比中间 键小，并不改变产物的构型。 第三类是β-葡萄糖苷酶( EC3.2.1.21) ，作用于纤维二糖和短链的纤维寡糖生成葡 萄糖 ［1］。 二、纤维素酶的来源及生产 2.1纤维素酶的来源 纤维素酶的生产原料极为丰富。来源非常广泛，昆虫、细菌、放线菌、真菌 等都能产生纤维素酶。一般以优质干草、麦皮、蔗渣等为原料，加入适量无机盐， 利用多种菌种，分别进行发酵，最后混合而成。 2.2产酶菌 纤维素酶的产酶菌很多，主要有细菌、放线菌和丝状真菌。其中丝状真菌具有产 酶的诸多优点:产生的纤维素酶为胞外酶，便于酶的分离和提取；产酶效率高， 且产生的纤维素酶酶系结构较为合理；同时可产生许多半纤维素酶、果胶酶、淀 1 酶工程课程论文 粉酶等。从纤维素酶的工业化制备及其应用的角度，研究和采用丝状真菌产酶具 有更大的意义 ［2 ］。 工业生产的纤维素酶主要由真菌产生，如木霉(Trichoderma sp)、青霉 (Penicillium sp)、曲霉(Asperg illus sp) 以及腐质霉(Humicola sp) 等。其中最著名 的是T.reesei，它产生的纤维素酶具有酶谱全、活力高的特点。自20世纪60年代 以来，从野生菌株T. reesei QM6a 出发进行了大量的筛选育种工作，其中QM9414、 RutC30和MCG77能够产生较高的内切型和外切型葡聚糖酶活力，是目前国内外 生产酸性纤维素酶的主要菌种。腐质霉是中性纤维素酶的重要生产菌种，黑曲霉 产生的纤维素酶可以用于食品工业，青霉除了产生大量的纤维素酶外还可产生较 高的葡萄糖苷酶，可以弥补木霉产葡萄糖苷酶不足的缺点。 细菌和放线菌等也能够产生纤维素酶，它们产生的纤维素酶往往具有耐碱耐 热的特点，如洗涤剂工业用的碱性纤维素酶就是由嗜碱芽胞杆菌产生。细菌产生 的纤维素酶除了传统的内切、外切纤维素酶外，还会分泌一种纤维小体到胞外， 纤维小体由多种纤维素酶和半纤维素酶组成，具有较高的水解纤维素的能力，在 纤维废弃物的处理上具有很大的应用潜力。 2.3发酵制备纤维素酶的方法 纤维素酶是诱导酶，发酵过程中纤维素酶的大量合成必须有诱导物的作用。