纖維素酶及其應(yīng)用綜述

楊蘇寧

中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221008

隨著資源枯竭、能源短缺及環(huán)境污染等問題日益加劇，世界各國都在尋找開發(fā)新能源。纖維素是植物材料的主要組成部分，也是地球上數(shù)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(huán)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(zhuǎn)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(xiàn)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(fù)雜，根據(jù)其催化反應(yīng)功能的不同可分為內(nèi)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(xì)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(xì)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(chǎn)的纖維素酶缺乏大規(guī)模應(yīng)用的實際意義，采用微生物生產(chǎn)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(xì)菌與放線菌生產(chǎn)的纖維素酶產(chǎn)量均不高，在工業(yè)上很少應(yīng)用。而真菌具有產(chǎn)酶的諸多優(yōu)點：產(chǎn)酶能力強(qiáng)，產(chǎn)生的纖維素酶為胞外酶，便于酶的分離和提取，且產(chǎn)生纖維素酶的酶系結(jié)構(gòu)較為合理；酶之間有強(qiáng)烈的協(xié)同作用，降解纖維素的效率高， 是工業(yè)生產(chǎn)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(qiáng)的菌種。

2 纖維素酶的應(yīng)用

2.1 在食品業(yè)中的應(yīng)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(fā)芽中豆衣的去除，從大豆和葉子中分離蛋白質(zhì)等方面[4]。它在飲品和調(diào)味品的釀造中也有廣泛應(yīng)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(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)率。在啤酒生產(chǎn)的大麥發(fā)芽過程中加入它可幫助大麥發(fā)芽，還可以改進(jìn)啤酒的過濾性能，有利于酒精蒸餾。而在飲料生產(chǎn)中，它還可促進(jìn)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(yè)上的應(yīng)用

纖維素酶是畜牧業(yè)的一種新型飼料添加劑，能夠分解飼料中結(jié)構(gòu)復(fù)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?fàn)I養(yǎng)因素；2）補(bǔ)充內(nèi)源酶；3）改善胃中微生態(tài)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(yè)中的應(yīng)用

回收利用廢紙是我國制漿造紙工業(yè)解決原料和環(huán)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(huán)保及纖維質(zhì)量下降問題。傳統(tǒng)的脫墨方法易使紙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(shù)是指利用生物酶代替化學(xué)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(yōu)、濾水性能好、白度高和殘余油墨量低的優(yōu)點，并且可以縮短脫墨時間[7]，應(yīng)大力推廣應(yīng)用。

2.4 在生物質(zhì)能源開發(fā)上的應(yīng)用

資源的日漸枯竭，大規(guī)模開發(fā)利用可再生資源顯得非常重要。而生物質(zhì)是唯一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料，不僅能夠彌補(bǔ)如石油、煤炭、天然氣等化石燃料的不足，而且有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。纖維生物質(zhì)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(fā)酵來生產(chǎn)具有更強(qiáng)的可持續(xù)性的第二代生物燃料-纖維素燃料乙醇。這對解決人類的發(fā)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(chǎn)，其成本價較高。為此，以廉價的農(nóng)作物秸稈等生物廢料為原料的纖維素生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)已成為研究的熱點，全球已有幾十套中試生產(chǎn)線。我國現(xiàn)在也對生物燃料這方面積極開展科學(xué)研究與利用工作。

2.5 在其他方面的應(yīng)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(dāng)?shù)拿?，將?xì)胞壁的組成成分水解或降解，破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)而提取有效成分。與傳統(tǒng)方法相比，該法具有溫度低、效率高、無污染等優(yōu)點[8]。

3 結(jié)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(dāng)今能源短缺、污染嚴(yán)重的時代，已經(jīng)引起全世界的關(guān)注，其研究也取得了極大進(jìn)展。隨著研究的不斷深入，相信在不久的將來，纖維素酶的應(yīng)用范圍會更加廣泛，在更多領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用，尤其是在未來生物質(zhì)能源的開發(fā)上。

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

[2]武秀琴.纖維素酶及其應(yīng)用[J].微生物學(xué)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(jìn)展[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，8：5-7.

[4]邵學(xué)良，劉志偉.纖維素酶的性質(zhì)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].中國食物與營養(yǎng)，2009，8：34-36.

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

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

[7]邵震宇，謝益民.纖維素酶在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)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(yīng)用研究進(jìn)展[J].河北工業(yè)科技，2010，27(6)：441-443，461.