纤维素酶是酶的一种,在分解纤维素时起生物催化作用。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。
1纤维素酶的组成
纤维素酶包括多种水解酶,构成了一个复杂的纤维素酶系。一般按其性质可将纤维素酶分为三类:
(1)葡聚糖内切酶,或称 CMC 酶或 CX酶。这类酶作用于纤维素分子内部的非结晶区,随机水解β-1,4 糖苷键,将长链纤维素分子截短,产生大量带非还原性末端的小分子纤维素;
(2)葡聚糖外切酶,或称微晶纤维素酶、纤维二水解酶或C1酶。这类酶作用于纤维素分子末端,水解β-1,4 糖苷键,每次切下一个纤维二糖分子;
(3)β‐葡萄糖苷酶(β-1,4-glucanase,EC,3.2.1.21 简称 BG),或称纤维素二糖酶。这类酶将纤维二糖水解成葡萄糖分子。虽然它对纤维素无作用,但它可以消除上述两种酶催化反应的终产物对反应的抑制作用,从而加快反应速度。
2纤维素酶的来源
(1)真菌:所有能分解晶体纤维素的真菌,均能或多或少地分泌纤维素酶,所以纤维素酶的真菌源非常广泛。目前研究和生产中采用的菌种大多是木霉,曲霉和青霉,根霉属和漆斑霉属等。制成酶制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉、拟青霉和斜卧青霉等的纤维素酶。
(2)细菌:在目前为人们研究较多的微生物中,细菌类有红黄纤维弧菌、普通纤维弧菌、纤维单胞菌属瘤胃球菌、镰状纤维菌和嗜纤维菌,多囊粘细菌,假单胞菌,荧光极毛杆菌。
此外,放线菌中的黑红旋丝放线菌、玫瑰色放线菌和纤维放线菌,一些昆虫、软体动物、原生动物也能产生纤维素酶。
3发酵工艺
纤维素酶的生产工艺主要有两种,即固体发酵和液体发酵,其工艺如下:
(1) 影响产酶量和活力的因素:影响纤维素酶产量和活力的因素很多,除菌种外,还有培养温度、pH、水分、基质、培养时间等。这些因素不是孤立的,而是相互联系的。
(2) 污染菌的控制:目前,在用康氏木霉发酵生产饲用纤维素酶中,普遍存在一种俗称的"白毛菌"污染。污染后轻者酶活性下降,重者发酵失败。为此,研究控制发酵污染意义很大。
4纤维素酶的应用
纤维素酶的应用极其广泛。如酿造果汁与蔬菜加工,粮食加工、食品、饲料、造纸、中草药有效成分的提取、植物基因工程和细胞工程,以及纺织工业和废水处理等各个方面。
(1) 纤维素酶在食品工业中的应用
目前,食品工业是纤维素酶应用最广泛的一个部门。植物性农副产品是食品工业的主要原料,我们食用的部分常是植物细胞的内含物。细胞壁的主要成分是纤维素,半纤维素和果胶等。恰当地利用纤维素酶处理,可使细胞壁发生不同程度的改变,如软化、膨化和崩溃等,从而可改变细胞壁的通透性,提高细胞内含物(如蛋白质、淀粉、油脂、糖等)的提取率,改善食品质量,简化食品加工工艺。
(2)纤维素酶在发酵工业中的应用
纤维素酶应用与酱油酿造,可以改善酱油质量,缩短生产周期,提高产量。纤维素酶用于制酒业,可提高酒精和白酒的出酒率,在酒精工业上还可降低醪液的粘度。
(3)纤维素酶在饲料及治疗家畜疾病中的应用
纤维素酶用作饲料添加剂,明显提高饲料消化率和利用率,促进动物生长。在治疗某些家畜疾病中也有较好效果。例如有人应用纤维素酶治疗牛消化道疾病150例,获得全部治愈的理想效果。因为纤维素酶不仅具有促进食物酵解,加速食糜消化,促进糟粕排泄等作用,而且同时减少了消炎收敛、健胃整肠的医疗过程和费用。
(4)在石油工业中的应用
目前地质钻井中采用的方法较多,需要专用设备或工具,成本高,费工费时,且不能彻底地消除粘土对岩层的淤塞。纤维素酶由于其独特的功能近来也被运用到了地质工程中。新的洗井方法是首先采用能起到与泥浆相似护壁作用的魔芋无粘土冲洗液钻井,然后,将预溶的纤维素酶注人井内,经自然浸泡后,在静压力下使淤塞在井壁内冲洗液中的魔芋聚糖催化为单糖,快速恢复岩层的透水性能,完成洗井。
(5)在纺织工业中的应用
纤维素纤维纺织品的酶处理叫生物整理,包括对棉麻及其混纺织物的柔软整理和减量整理。纤维素酶整理的织物具有滑爽、布面清晰、悬垂性好、吸湿性强等特点,并具有一定的"丝光"效果。在纺织后整理工艺上,利用纤维素酶对亚麻、芝麻、牛仔服、灯芯绒、丝绸及其混纺织品进行生物整理,即酶降解整理,可使织物的强力适当下降,织物的悬垂度、回弹性及柔软度得到改善。
(6)在植物体细胞杂交育种上的应用
进行体细胞杂首先要分离获得原生质体。早期采用机械方法产量低、效果差。现在已能成功地利用纤维素酶或者混合使用果胶酶和纤维素酶从植物的根、子叶和叶肉中得到大量的原生质体。由于纤维素酶能在温和的条件下消化破碎植物细胞壁,促使原生质体的释放。所以,应用酶法获得原生质体不仅方法简便,产量高,而且能保持原生质体新鲜的正常结构和生活力,为大量的杂交育种工作提供可能性。
(7) 在环境保护方面的应用
将秸秆等农副产品和城市废料中的纤维素通过纤维素酶转化为葡萄糖和单细胞蛋白具有十分重要的意义。在工业、农业和生活废料中,纤维素含量占相当大的比重;在造纸、食品工业中会产生大量的纤维废渣。这些废料经理化处理后易于酶解,利用纤维素酶处理这些废料可防治污染又可生产有用的工业产品。因此,利用纤维素酶水解桔杆、蔗渣等农业废料,生产葡萄糖,再通过发酵,可生产乙醉、甲醇等物质:而乙醇、甲醇除作为重要的化工原料外,还可替代汽油与煤炭等矿物然料,解决能源问题。
文章定位:
人氣(469) | 回應(0)| 推薦 (
0)| 收藏 (
0)|
轉寄
全站分類:
不分類