纤维素酶在工业领域中的应用及研究进展.doc

纤维素酶在工业领域中的应用及研究进展 作者：刘海洲 肖强 张媛媛 刘均洪 ?? 时间：2009-02-02 11:04:20??来源:??生物技术世界??浏览次数?954次?? 浏览评论 ? 纤维素是地球上最丰富的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。自从1906年在蜗牛消化道发现纤维素酶以来，纤维素的微生物降解问题就得到了足够的关注[2]。纤维素被彻底分解而又无污染的一条有效途径，便是利用纤维素酶的水解作用。自从纤维素酶被人类认识和利用以来，它在许多行业都发挥着重要的作用。 目前，利用纤维素酶水解纤维素，可以广泛应用于食品、饲料、酿造、化工、纺织和环境保护等领域。 应用一：果蔬加工 植物性农林产品和副产品是食品工业的主要原料。而在食品加工过程中利用的主要是植物细胞的内含物，蛋白质、淀粉、油脂、芳香油、可活性生物碱、色素等。这些天然成分被植物细胞包裹或与细胞壁紧密相连。 植物细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和果胶等。用纤维素酶作适当处理可使细胞壁发生不同程度的改变，如软化、膨胀和崩溃等。从而可改变细胞壁的通透性，提高细胞内含物的提取率，同时可简化食品加工工艺，改善食品的品质[4]。例如，用纤维素酶处理可促进大豆脱皮，增加从大豆或豆饼中提取水溶性蛋白质的得率；利用纤维素酶对纤维素类物质的降解，可促进果汁的提取与澄清，能提高可溶性固形物的含量，并可将果皮渣综合利用。目前已成功的将柑橘皮渣酶解制取全果饮料，其中的粗纤维有50%降解为短链低聚糖，即全果饮料中的膳食纤维，具有一定的保健功能。在制备脱水蔬菜如胡萝卜、土豆等时，经适当纤维素酶处理后再干燥脱水，可改进脱水蔬菜的烧煮性和复原性。也可用于从豆渣中回收蛋白质或油脂。 应用二：茶叶的加工 速溶茶饮用方便，无不溶渣滓，可以同其他饮料调用，深受国际市场欢迎。我国茶叶产量大，制备速溶茶意义重大。茶叶主要由4种有效成分组成，即由氨基酸、糖类及其两者形成的香味成分；由咖啡因、皂角形成的苦味成分；由单宁形成的涩味成分以及微量的造香成分。这些成分被以纤维素为主体的细胞壁包围在细胞内，而这些细胞又通过果胶原联结成茶叶[6]。因此，用纤维素酶及其它细胞壁裂解酶来抽提茶叶，然后将抽提液浓缩干燥即得可溶性茶。与热法浸提相比，该低温酶法抽提既可提高收率，又可保持茶叶原有的色、香、味。目前，国内在这方面进行了大量研究与开发[7]。 应用三：在酿酒中的应用 白酒酿造所用的原料中，纤维成分较多，尤其是采用固体发酵工艺生产的白酒，其原料中纤维含量更大（填充料部分），传统工艺采用糖化酶水解，只能将原料中的淀粉水解使其转化成糖，而大部分纤维质成分则转化不了，被浪费掉。使用纤维素酶后，不仅可以分解植物细胞壁释放淀粉，还能将部分纤维素转化为糖，再经酵母分解全部转化为酒精，提高出酒率3%-5%，酒体质量纯正，淀粉和纤维利用率高达90%。 应用四：酱油的酿造 纤维素酶在酿造酱油中的作用之一是把原料中的天然纤维素分解成葡萄糖。被分解的葡萄糖在酱油酿制的发酵过程中，可进行麦拉德反应加深酱油的色泽，减少酱色用量；同时还可成为有益微生物的碳源，如酵母菌可利用葡萄糖发酵成酒精，由乳酸菌发酵成乳酸；作用之二是使植物细胞壁的主要成分纤维素一步步地分解，最后被溶解破坏，使细胞内藏的蛋白质和淀粉等充分游离释放出来，这样就可以缩短酿造时间，提高产率，同时还提高品质，使氨基酸还原糖含量增加。中国科学院成都生物研究所。 1975年在四川省眉山酿造厂用纤维素酶单独制曲与米曲混合使用，使氨基酸态氮提高37.5%，还原糖提高10.45%，产量增加52.83%。 应用五：功能性成分的提取 茶多糖具有降血糖、降血脂、降血压及减慢心率、耐缺氧等作用，在抗凝血、防血栓形成、保护血相和增强人体非特异性免疫功能等方面也有明显的效果。食用菌多糖大分子具有抑制实验动物肿瘤生长的作用，能够恢复和提高机体的免疫活性，是一类无毒、无副作用的免疫活性物质。番茄红素是一种类胡萝卜素，它具有清除自由基和较高的抗氧化的能力，同时具有抗癌、防癌的作用；山楂叶中的黄酮类化合物是其主要的有效成分，可促使血管扩张，冠状动脉血流量增加，对人体可以起到降压、降血脂、增大心脏血流量等作用，还具有清除自由基的作用，还有研究表明，黄酮类成分中牡荆素化合物具有良好的抗癌作用。 这些功能性成分传统上多是采用水浸提或有机溶剂浸提，提取率低，生产成本过高，不能实现大规模生产。如果在浸提之前添加纤维素酶进行处理，则可以破坏细胞壁，增加这些功能性成分的溶出而提高产率和产品品质[11]。 应用六：饲料工业中的应用 纤维素酶和纤维素酶生产菌能转化粗饲料如麦秆、麦糠、稻草、玉米芯等，把其中一部分转化为糖、菌体蛋白、脂肪等，