纤维素酶的研究进展.doc

《发酵工艺学》课程论文 纤维素酶发酵的研究进展 姓 名： 宋姗姗 学 号： 20070144021 学 院： 材料与化工 专业班级： 生物工程（1）班 指导教师： 罗先群 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　分数： 　　　　　　　　　 2010年 11 月 22 日 纤维素酶发酵的研究进展 宋姗姗 20070144021 生工（1）班 摘要： 纤维素酶是糖苷水解酶的一种，它可以将纤维素物质水解成简单糖，进而发酵产生乙醇，从而解决农业、再生能源及环境污染等问题。初期的研究主要集中在对微生物纤维素酶的研究。本文对纤维素酶的概念、作用机理和发酵工艺国内外的进展作了综述以及对其发展前景进行了展望。 关键词：纤维素酶；来源；作用机理；发酵 1 纤维索酶及其作用机理 纤维素酶(cellulose)又称纤维素酶系，是一类复杂的复合物，是所有参与降解纤维素并将其最终转化为葡萄糖的各种酶的总称，分为真菌纤维素酶和细菌纤维素酶。由于细菌纤维素酶活性和产量低，工业应用前景不大，故目前的研究主要针对真菌纤维素酶。真菌纤维素酶由三类酶组成：(1)葡聚糖内切酶(EG)，一般作用于纤维素内部的非结晶区，随机水解β-l，4-糖苷键，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(BH)，作用于纤维素线状分子末端的β-l，4-糖苷键，每次切下一个纤维二糖分子。(3) β-葡聚糖苷酶(BG)，一般将纤维二糖水解成葡萄糖。纤维素酶降解纤维素的过程是由吸附到纤维素上开始的，纤维素酶对纤维素的降解可以是单一酶作用，也可以是多酶协同降解作用。 2 纤维素酶的来源及发酵生产 工业生产的纤维素酶主要由真菌产生，如木霉( Trichoderma sp．)、青霉( Penicillium sp．)、曲霉( Aspergillus sp．)以及腐质霉( Humicola sp．)等。其中最著名的是T.reesei，它产生的纤维素酶具有酶谱全、活力高的特点。自20世纪60年代以来，从野生菌株T.reesei QM6a出发进行了大量的筛选育种工作。其中QM9414、RutC30和MCG77能够产生较高的内切型和外切型葡聚糖酶活力,是目前国内外生产酸性纤维素酶的主要菌种。腐质霉是中性纤维素酶的重要生产菌种；黑曲霉产生的纤维素酶可以用于食品工业；青霉除了产生大量的纤维素酶外还可产生较高的葡萄糖苷酶，可以弥补木霉产葡萄糖苷酶不足的缺点。 细菌和放线菌等也能够产生纤维素酶，它们产生的纤维素酶往往具有耐碱耐热的特点，如洗涤剂工业用的碱性纤维素酶就是由嗜碱芽胞杆菌产生。细菌产生的纤维素酶除了传统的内切、外切纤维素酶外，还会分泌一种纤维小体(cellu-losome)到胞外，纤维小体由多种纤维素酶和半纤维素酶组成，具有较高的水解纤维素的能力，在纤维废弃物的处理上具有很大的应用潜力。 纤维素酶的生产主要有液体和固体发酵两种形式。液体深层发酵(Liquid Submerged Fermen—tation，LSF)适于大规模工业生产，是目前国际上的主要生产方式，但发酵成本较高。固体发酵(Solid．State Fermentation，SSF)以农作物秸秆等纤维废弃物为主要原料，工艺简单，成本低廉，节约水源，目前国内绝大部分纤维素酶生产厂家均采 用固体发酵生产纤维素酶。然而固体发酵法也存在容易杂菌、产品质量不稳定等弊端。通过菌种改造以及发酵工艺的改进，T. reesei生产纤维素酶的能力得到了很大的提高，下表2显示自1972年以来该菌种产纤维素酶的发酵水平。最近几年在筛选发现新的纤维素酶产生菌方面有很大进展，其中嗜热菌Melanocarpus sp．可产生较高活力的耐热、中性纤维素酶，有可能成为一个产纤维素酶的优良菌株。目前纤维素酶产生菌的筛选趋势除了寻找高活力的产酶菌外，再就是寻找具有特殊活性的产酶菌株，如中性、碱性纤维素酶，低温、高温纤维素酶等。 3纤维素酶发酵 3．1纤维素酶的发酵方法 纤维素酶的生产有固体发酵和液体深层发酵两种方法。固体发酵法是以玉米、稻草等植物秸杆为主要原料，投资少，工艺简单，产品价格低廉。例如王菁莎，王颉，周家楠等旧人对里氏木霉Lw l采用固态发酵技术，利用廉价的原料麸皮和玉米秸秆为碳源，l％硫酸铵为氮源，在秸秆粉：麦麸 = 1：l，料水比为1：2的固体发酵培养基上进行固态发酵，通过正交实验分析，在发酵温度为28℃，初始pH 5.5，发酵周期为72h时，产酶活力