提高里氏木霉生产纤维素酶产量的研究进展.docx

提高里氏木霉生产纤维素酶产量的研究进展摘 要：纤维素酶是纤维素类物质的主要水解用酶，由于目前纤维素酶的产量较低，活性较差，导致其无法在多种工业上大量使用。里氏木霉作为优良的纤维素酶生产菌株，使用化学方法或生物方法对其进行改良，以期提高纤维素酶产量和酶活性。关键词：里氏木霉；纤维素酶；产量；活性纤维素类物质是自然界分布最广、含量最丰富的碳源物质，其作为潜在且普遍的可持续能源受到了广泛的瞩目，但是在实际的生产过程中只有少量的纤维素类物质能直接生产出具有高附加值的产物，很难生产这些产物的主要原因是纤维素具有比较强的氢键作用以及结晶结构，范德华力与疏水作用也在其中起到了协同的作用，从而导致了大部分纤维素在水解转化成为它们的单体或者可发酵性糖的过程中出现生产效率低的现象[1]。在纤维素水解过程中一般使用酸性化学试剂和酶试剂与其进行反应，其中酶水解常常使用纤维素酶。纤维素酶是能降解纤维素的复合酶类，主要产生于细菌、真菌、放线菌、植物、原生动物及部分无脊椎动物等生物体中，由于微生物之外的生物不能大规模培养而不具有实际的应用意义，此外，细菌产的纤维素酶活力较低，且只有少部分能分泌到胞外，而真菌刚好与细菌相反，产生酶的组分也较为适当，具有较好的协同作用，因此真菌是目前研究最广泛的纤维素酶产生菌。丝状真菌中木霉属被认为是生产纤维素酶最优秀的菌种，其中以里氏木霉更为突出[2-4]。1 前言里氏木霉为丝状的多细胞真核微生物，其工业用菌株常用于生产可以分解不同纤维素类物质的酶类，并且适用于蛋白的生产，拥有良好的合成蛋白和分泌蛋白的能力。里氏木霉生产的纤维素酶为多水解酶所组成的复杂酶系，其中主要包括纤维二糖水解酶（cellobiohydrolase，CBH）、内切-β-葡聚糖酶(endo-1,4-β-D-glucanase，EG）以及β-葡萄糖苷酶（β-1,4-D-glucosidase，EC）。其中纤维二糖水解酶分为纤维二糖水解酶Ⅰ（CBHⅠ）和纤维二糖水解酶Ⅱ（CBHⅡ），它们均可以作用于纤维素多糖链的末端，水解β-1,4-糖苷键，产生纤维二糖；内切-β-葡聚糖酶水解β-1,4-糖苷键，主要作用于纤维素内部结构中的无定型区域，产生的小分子纤维素带有非还原性末端；而β-葡萄糖苷酶则可以将纤维二糖水解成为两分子的葡萄糖[5-7]。基于纤维素酶具有的多种优秀的性能，例如在纤维素酶对纤维素水解的过程中，相较于使用化学试剂对纤维素的水解，其对反应条的要求较低，不需要高温高压，并且具有原料糖转化效率高，转化速度快，在水解过程中无污染产生等优点，故其应用价值也随之受到了更多地重视。目前，纤维素酶的使用已在纺织行业中得到了大规模的推广，纤维织物经纤维素酶处理后，其外观和手感都得到较大改善，还可通过纤维素酶对织物的表面纤维进行剥蚀，使织物表面受到磨损，染料被剥离出来，产生水洗样的仿旧外观；或者利用纤维素酶对织物进行抛光处理，在纤维素酶对纤维素水解的基础上，再配合机械搅拌的冲击作用可以去除织物表面的小绒毛。食品酿造行业利用纤维素酶对酒类、酱油、食醋的酿造均可提高产物的产量，在酒类酿造方面还可以使酒香更加醇厚，酒类色泽更加纯净，提高色素提取量等。此外，纤维素酶在洗涤剂行业、饲料行业、造纸等行业都有较好的利用前景[2,8,9]。但是纤维素酶的应用虽然受到了人们的关注，却很难进行广泛的利用，这是因为不同菌株生产的纤维素酶组分的含量差异较大，且通常纤维素酶的产量不高，活性低，故难以大规模的生产使用。如何提高纤维素酶的产量与活性是纤维素酶研究中重要的课题，目前所选育出来的产纤维素酶菌种虽然具有一定的产酶能力，但真正高效产酶的菌种不多，且性能也不稳定，本文将通过化学方法和生物方法讨论如何提高里氏木霉产纤维素酶的产量，以期获得数量较多、性能良好、活性较高的纤维素酶。2 采用化学方法提高纤维素酶产量在对里氏木霉产纤维素酶的研究中，通过改变里氏木霉的生产条件或添加化学试剂来对其控制是较为常见的手段。酸碱性在里氏木霉的纤维素酶合成的过程中起着一个非常重要的作用[10]，Li等[11,12]便对此进行了探讨，通过调节里氏木霉生产中的pH值，改进纤维素酶的发酵工艺，主要对三种纤维素酶组分（内切-β-葡聚糖酶，外切葡聚糖酶，β-葡萄糖苷酶）的生产效率和生产速率的影响，以及对菌丝体的形态的影响进行了研究。首先得知，在不同pH的条件下，三种纤维素酶组分的产量是各有差异的，根据蛋白质的生产数量和生产速率与滤纸酶活对纤维素酶系的酶活力水平的测定共同推断出里氏木霉对纤维素酶生产的最佳pH值约为4.5-5.0左右。以此为基础，联系实际的工业生产，改善传统的分批发酵方式，而采用控制pH的补料分批发酵方式对纤维素酶进行生产，具有节约原料，提高产酶效率等多种优点。此外，采用补料分批发酵方法，根据具体生产所需的酶