纤维素酶的理论和应用进展教材分析.docVIP

酶工程课程论文 纤维素酶的理论研究和应用进展 学院：创新实验学院 班级：生物技术基地132班 姓名：黎春江 学号：2013015452 纤维素酶的理论研究和应用进展 [摘要] 纤维素酶是一类能够水解纤维素而生成葡萄糖的多组分酶的总称。传统上将其分为3类：外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。纤维素酶属于糖苷水解酶类，近年来，根据氨基酸序列的同源性以及纤维素酶结构的相似性，将其分成不同的家族。本文总结了纤维素酶近年来的主要进展与研究趋势，包括酶的作用机理、生产方法、分离纯化方法、固定化方法等理论研究进展及其应用进展和展望。 [关键词]纤维素酶 生产工艺 分离纯化 固定化 畜牧生产 酿酒工业 1引言： 纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分，是地球上极为丰富、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。 纤维素酶（β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶）是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单体酶，而是起协同作用的多组分酶系，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，还有很高活力的木聚糖酶。它们协同作用，作用于纤维素以及从纤维素衍生出来的产物，将其分解纤维素产生寡糖和纤维二糖，最终水解为葡萄糖。 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。自1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现纤维素酶至今已有一百余年了，随着在工业上的广泛应用，特别是在纺织工业、能源工业上的应用，纤维素酶已成为最近十几年酶工程研究的一个焦点。 2 纤维素酶的作用机理 纤维素酶根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4），外切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase，EC.3.2.1.91），和β-葡聚糖苷酶（β-1,4- glucosidase，EC.3.2.1.21）。 内切葡聚糖酶随机切割纤维素多糖链内部的无定型区，产生不同长度的寡糖和新链的末端。外切葡聚糖酶作用于这些还原性和非还原性的纤维素多糖链的末端，释放葡萄糖或纤维二糖。β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖产生两分子的葡萄糖。 3 纤维素酶的生产方法 3.1 菌种选育 王家林等（1996）在吸收国内外经验的基础上，先后引进了绿色木霉木10、绿色木霉Sn-91014、康氏木霉NT-15、黑曲霉XX-15A，在此基础上，采用了紫外线、特定电磁波辐射、线性加速器，亚硝基胍等物理、化学的诱变方法，获得了高产菌株NT15-H、NT15-H1、XT-15H、XT-15H1。其中木霉NT-15H固体培养活力经轻工部食品质量监督检测中心南京站检测表明，滤纸活力为3670u/g, C1-酶活力24460u/g，Cx-酶活力1800u/g，已达到国际先进水平。此菌种在工厂化生产中性能稳定。 张苓花等（1998）采用康氏木霉W-925，J-931，经过浓度为2%硫酸二乙酯和紫外线（15W、30cm、2min）复合诱变后，得到了产酶活性高的Wu-932菌种，该菌种CMC糖化力达到2975，滤纸糖酶活性为531，比出发菌W-925分别提高了100%和81%。 王成书等（1997）采用该中心的里氏木霉A3先进行紫外线和亚硝基胍复合诱变后，将处理过的孢子接种于纤维双层平板上，30℃培养5-8天，15℃放置7-10天，挑选透明圈直径和菌落直径比较大的单菌落进行三角瓶固态发酵再筛选，得到了产纤维素酶活力很高的里氏木霉91-3菌株。 张苓花等（1998）报道，为了避免纤维素酶菌种退化，采用砂土管保藏菌种。即将过筛洗净的砂子与土以3：2比例混合分装在试管内，用1kg/cm2压力灭菌30分钟共三次，将欲保存的斜面菌种制备成1000ml孢子悬浮液，每个砂土管注入0.5ml，摇匀，放入盛有无水CaCl2真空干燥器内保存。经测定，在所测的121天内，酶的活性基本不变；酶活性下降50%的时间，由常规方法的60天延长至160天，明显地减缓了菌种退化速度。 3.2 发酵工艺 3.2.1 固体发酵法 固体发酵法以玉米、稻草等植物秸秆为主要原料生产纤维素酶。该法投资少，工艺简单，产品价格低廉。然而固体发酵法存在着根本上的缺陷——不可能像液体发酵那样随着规模的扩大，大幅度降低成本。以秸秆为原料的固体发酵法生产的纤维素酶很难提取和精制。目前生产厂家只能采用直接