纖維素酶及其應用綜述

楊蘇寧

中國礦業大學化工學院，江蘇 徐州 221008

隨著資源枯竭、能源短缺及環境污染等問題日益加劇，世界各國都在尋找開發新能源。纖維素是植物材料的主要組成部分，也是地球上數量最豐富的可再生資源。但是這些纖維素大部分沒有被利用，造成巨大的資源浪費，還造成環境污染。纖維素酶是一組能夠降解纖維素生成葡萄糖的酶的總稱。利用纖維素酶將纖維素轉化為人類急需的能源和化工原料，對于人類社會解決上訴問題具有重大的現實意義[1]。

1 纖維素酶的組成及其來源

纖維素酶的組成比較復雜，根據其催化反應功能的不同可分為內切葡聚糖酶（1，4-β-D-g1ucan g1ucanohydro1ase或endo-1，4-β-D-g1ucanase，EC3.2.1.4），來自真菌的簡稱EG，來自細菌的簡稱Cen、外切葡聚糖酶（1，4-β-D-g1ucan ce11obi1hydro1ase或exo-1，4-β-D-g1ucannase，EC.3.2.1.91），來自真菌的簡稱CBH，來自細菌的簡稱Cex）和β-葡聚糖苷酶（β-1，4- g1ucosidase，EC.3.2.1.21）簡稱BG。

微生物是纖維素酶的最主要來源，其余生物生產的纖維素酶缺乏大規模應用的實際意義，采用微生物生產是最為方便和有效的方法[2]。不同微生物合成的纖維素酶在組成上有顯著的差異，對纖維素的降解能力也大不相同。細菌與放線菌生產的纖維素酶產量均不高，在工業上很少應用。而真菌具有產酶的諸多優點：產酶能力強，產生的纖維素酶為胞外酶，便于酶的分離和提取，且產生纖維素酶的酶系結構較為合理；酶之間有強烈的協同作用，降解纖維素的效率高， 是工業生產的主要菌種[3]。如木霉屬（Trichoderma）、曲霉屬（Aspergi11us）、青霉屬（Penici11ium）和枝頂抱雄屬（Acremonium）的菌株等就是對纖維素作用較強的菌種。

2 纖維素酶的應用

2.1 在食品業中的應用

纖維素酶可用于谷物和馬鈴薯中淀粉類的有效分離，果蔬汁及橄欖油的提取，豆類發芽中豆衣的去除，從大豆和葉子中分離蛋白質等方面[4]。它在飲品和調味品的釀造中也有廣泛應用。在醬油的釀造過程中添加纖維素酶，既可提高醬油濃度，改善醬油質量，又可縮短生產周期，提高產率。在啤酒生產的大麥發芽過程中加入它可幫助大麥發芽，還可以改進啤酒的過濾性能，有利于酒精蒸餾。而在飲料生產中，它還可促進汁液的提取率，使汁液澄清透明，提高可溶性固形物的含量，并可將果皮渣綜合利用。

2.2 在畜牧業上的應用

纖維素酶是畜牧業的一種新型飼料添加劑，能夠分解飼料中結構復雜的纖維素，生成易消化的葡萄糖，便于動物吸收。該酶主要有3個作用：1）消除抗營養因素；2）補充內源酶；3）改善胃中微生態平衡。大量試驗[5-6]表明，在飼料中添加纖維素酶對各種動物的飼喂效果十分顯著。

2.3 在制漿造紙業中的應用

回收利用廢紙是我國制漿造紙工業解決原料和環保問題的有效途徑。酶法舊紙脫墨可以解決廢紙利用過程中的環保及纖維質量下降問題。傳統的脫墨方法易使紙的網狀結構崩潰，纖維溶脹，紙和墨之間粘接力下降。纖維素酶法舊紙脫墨技術是指利用生物酶代替化學藥品處理舊紙， 使油墨從纖維上游離出來，較之舊法具有游離度高、物理性能優、濾水性能好、白度高和殘余油墨量低的優點，并且可以縮短脫墨時間[7]，應大力推廣應用。

2.4 在生物質能源開發上的應用

資源的日漸枯竭，大規模開發利用可再生資源顯得非常重要。而生物質是唯一可以轉化為液體燃料的可再生資源，將生物質轉化為液體燃料，不僅能夠彌補如石油、煤炭、天然氣等化石燃料的不足，而且有助于保護生態環境。纖維生物質中的纖維素可被纖維素酶降解生成還原糖，再利用還原糖的發酵來生產具有更強的可持續性的第二代生物燃料-纖維素燃料乙醇。這對解決人類的發展問題具有化時代的意義。目前生物乙醇主要是采用淀粉為原料生產，其成本價較高。為此，以廉價的農作物秸稈等生物廢料為原料的纖維素生物乙醇生產技術已成為研究的熱點，全球已有幾十套中試生產線。我國現在也對生物燃料這方面積極開展科學研究與利用工作。

2.5 在其他方面的應用

纖維素酶也可用于中藥的提取。中藥酶法提取是選擇適當的酶，將細胞壁的組成成分水解或降解，破壞細胞壁結構而提取有效成分。與傳統方法相比，該法具有溫度低、效率高、無污染等優點[8]。

3 結論

纖維素酶可以安全、高效地降解天然纖維素，這是其它處理方式無法比擬的。特別是在當今能源短缺、污染嚴重的時代，已經引起全世界的關注，其研究也取得了極大進展。隨著研究的不斷深入，相信在不久的將來，纖維素酶的應用范圍會更加廣泛，在更多領域中發揮更大的作用，尤其是在未來生物質能源的開發上。

[1]劉小杰，何國慶，袁長貴.康氏木霉液體搖瓶發酵產纖維素酶的初步研究[J].食品科學，2003，24(1)：125-128.

[2]武秀琴.纖維素酶及其應用[J].微生物學雜志，2009，29(2)：89-92.

[3]陳紅歌，張東升，劉亮偉.纖維素酶菌種選育研究進展[J].河南農業科學，2008，8：5-7.

[4]邵學良，劉志偉.纖維素酶的性質及其在食品工業中的應用[J].中國食物與營養，2009，8：34-36.

[5]王振來.高次粉飼糧中添加復合酶制劑對仔豬生長和消化的影響[J].河北畜牧獸醫，2005，21(16)：3-4.

[6]周娟，楊煥民，姜寧，等.纖維素酶對肉仔雞生產性能和營養物質利用的影響[J].黑龍江畜牧獸醫，2007，3：42-43.

[7]邵震宇，謝益民.纖維素酶在制漿造紙工業中的應用[J].江蘇造紙，2008，2：38-42

[8]王亮，尚會建，楊立彥，等.纖維素酶的應用研究進展[J].河北工業科技，2010，27(6)：441-443，461.