纤维素酶的生产研究发展论文

纤维素酶是一种重要的酶产品，它是一种复合酶，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活力。纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，是酶制剂工业中的一个新的增长点。

产纤维素酶的微生物有很多，迄今为止国内外共记录了产纤维素酶的菌株大约53个属的几千个菌株，包括细菌、真菌和放线菌。目前，用于纤维素酶生产的主要是真菌类，世界纤维素酶市场中有20%是来自于木霉属和曲霉属，其中木霉属被公认是产纤维素酶最高的菌种之一，是当前生产上应用较多的菌种。

自从第二次世界大战中Reese从美军军装上发现了木霉，木霉纤维素酶的工业化生产越来越引起人们的重视，T.ressei成为世界范围内最主要的纤维素酶生产菌株。它的优点在于具有培养粗放、适应性强的特点，适于固体培养和液态深层发酵，它的酶系纤维素酶活性高并且能生产大量的胞外蛋白，它的胞外纤维素系统由60%～80%的外切葡聚糖苷酶，20%～36%的内切葡聚糖苷酶和1%的β-葡聚糖苷酶组成，这些酶协同作用将纤维素转换成葡萄糖。

诱变选育是提高菌株酶活的一种有效方法，以T.ressei Rut C-30突变菌株为例，它是通过3步诱变得到的（覃玲灵等，2011）。首先，在代谢物抑制条件下，通过水解纤维素酶活的筛选，进行紫外线诱变，得到菌株M7；其次，通过化学诱变（亚硝基胍）和一个过程与前者相似但更严格的酶活筛选之后，从M7中分离出了菌株NG14，在胞外蛋白和纤维素酶活力方面，NG14 与亲本株以及其他可用的纤维素酶突变株相比都提高了几倍（Eveleigh et al.，1979）；最后，对NG14经过紫外线诱变，经过2-脱氧葡萄糖的抗性筛选后，得到菌株Rut C30（Kang et al.，2006；Wick et al.，1957）。Rut C30刚分离出来时纤维素酶的产量能够达到15FP units/（L·h），能产出大约20mg/mL的胞外蛋白，与它的亲本菌株NG14相比，胞外蛋白的产量多了2倍，达到2%，在工业发酵罐中的产量超过30g/L，达到了工业需求的酶产量；与其他木霉菌株相比，Rut C30产的外切葡聚糖苷酶稳定性最高，在pH5.0，50℃的条件下培养30d，只有28%的酶失活（Esterbauer H et al.，1991）。

T.ressei突变菌株QM9414，MCG77，MCG80，Rut C30，CL-847，VTT-D和SVG是生产完整纤维素酶系的优良菌株。当以上菌株在添加纤维素（如滤渣、棉、微晶纤维素等）或处理的木质纤维素（木材、秸秆）的无机盐培养基中培养时，可以分泌产生纤维素酶（H.Esterbauera et al.，1991）。以上菌株在实验室摇瓶发酵培养条件下，每消耗1 g碳源平均可产生250mg的纤维素酶蛋白，蛋白活性为0.5～1.0U/mg，产量为50～150FP units/（L·h），补料分批连续培养可增加酶的浓度和产量。

Mach和Seiboth等研究发现，以纤维素、木聚糖或者其他植物聚合物甚至乳糖等工农业副产品为培养基，木霉也可以产生高浓度的纤维素酶和半纤维素酶（Mach et al.，2003；Seiboth et al.，2007）。木霉属纤维素酶近来已经工业化生产，除国际大品牌公司Genencor，NovoNordisk外，国内有湖南尤特尔酶制剂等公司已大规模生产纤维素酶。

木霉纤维素酶的发酵生产主要有两种模式：固态发酵和液态发酵。

固体发酵法是以玉米等农作物秸秆为主要原料，其投资少，工艺简单，产品价格低廉，目前国内绝大部分纤维素生产厂家采用该技术生产纤维素酶（乞永立等，2000）。中国科学院过程研究所陈洪章等在纤维素酶的固态发酵领域进行了研究，并设计了100m3的纤维素酶固态发酵反应器及其配套设备，实现了以汽爆秸秆为原料的纤维素酶的大型生产，最高产量达210FPA/g干曲。然而固体发酵法生产的纤维素酶很难提取、精制。目前，我国纤维素酶生产厂家只能采用直接干燥法粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂，其产品外观粗糙且质量不稳定，发酵水平不稳定，生产效率较低，易污染杂菌。

液体发酵生产工艺过程是将玉米秸秆粉碎至20目以下进行灭菌处理，然后送发酵釜内发酵，同时加入纤维素酶菌种，发酵时间约为70h，温度低于60℃。采用除菌后的无菌空气从釜底通入进行通气搅拌，发酵完毕后的物料经压滤机板框过滤、超滤浓缩和喷雾干燥后制得纤维素酶产品。液态深层发酵由于具有培养条件容易控制、不易染杂菌、生产效率高等优点，已成为国内外重要的研究和开发方向。李忠兴等（1999）以T.koningii T215为菌种，在30t气升反应器中进行了纤维素酶的发酵生产，平均CMC酶活达78.3IU/mL。

南京农业大学陆兆新等研究了用覆盖不同高分子的纱布固定化木霉细胞纤维素酶的活性，其中覆盖poly（HPMA）载体固定化木霉的纤维素酶活最高，达3.5IU/mL。用固定化木霉细胞产生的纤维素酶不经提纯分离，直接水解辐射和低浓度NaOH预处理的稻麦秆，其葡萄糖产率随辐照剂量和水解时间的增加而增加，电子辐射和4%NaOH处理的稻秆葡萄糖产率达19%，而麦秆达22%，认为固定化木霉细胞酶液能很好地水解辐射预处理的稻麦秆。该研究成果“辐射和生物技术相结合提高纤维素酶水解效率的基础研究”在1999年获农业部科技进步奖二等奖。

由于纤维素酶是多组分复合物，各组分的底物专一性不同，而且不同来源的纤维素酶其组成及各组分的比例有较大的差异，致使纤维素酶活力的测定方法复杂而不统一。传统纤维素酶活测定方法很多，如微晶纤维素酶活测定方法、滤纸酶活（FPA）测定方法、水杨苷酶活测定方法、染色纤维素法、滤纸崩溃法、棉线切断法、羧甲基纤维素钠盐（cmC-Na）酶活性测定方法、棉花糖法、CMC粘度降低法、荧光定糖法平板法等（尹娟等，2009）。利用新型传感器测定纤维素酶活性已越来越多地应用于生产过程中，生物传感器适应于复杂体系的实时及在线测定，具有快速测定、简便易携、高灵敏度、高专一性，而且检测样品一般可反复多次使用、不需另加其他试剂、不需要预处理、不要求样品清晰度等优点，在监测与控制中显示出巨大的优势。

xiān wéi sù méi

cellulase [21世纪双语科技词典]

纤维素酶（cellulase）是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单成分酶，而是由多个酶起协同作用的多酶体系。人们已对纤维素酶的作用机制及工业化应用等方面进行了大量的研究，为纤维素酶的生产和应用打下了良好的基础。其在扩大食品工业原料和植物原料的综合利用，提高原料利用率，净化环境和开辟新能源等方面具有十分重要的意义。

纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、微生物、细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。由于放线菌的纤维素酶产量极低，所以研究很少。细菌产量也不高，主要是葡萄糖内切酶，但大多数对结晶纤维素没有活性，并且所产生的酶是胞内酶或吸附在菌壁上，很少能分泌到细胞外，增加了提取纯化的难度，在工业上很少应用。目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种较多的是丝真菌，其中酶活力较强的菌种为木霉属（Trichoderma）、曲霉属（Aspergillus）和青霉属（Penicillium）,特别是绿色木霉（Trichodermavirde）及其近缘菌株等较为典型，是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。现已制成制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉等纤维素酶。同时，反刍动物依靠瘤胃微生物可消化纤维素，因此可以利用瘤胃液获得纤维酶的粗酶制剂。另外，也可利用组织培养法获得所需要的微生物。

目前，纤维素酶的生产主要有固体发酵和液体发酵两种方法。

固体发酵法固体发酵法是以玉米等农作物秸秆为主要原料，其投资少，工艺简单，产品价格低廉，目前国内绝大部分纤维素生产厂家均采用该技术生产纤维素酶。然而固体发酵法存在根本上的缺陷，以秸秆为原料的固体发酵法生产的纤维素酶很难提取、精制。目前，我国纤维素酶生产厂家只能采用直接干燥法粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂，其产品外观粗糙且质量不稳定，发酵水平不稳定，生产效率较低，易污染杂菌，不适于大规模生产。

液体发酵法液体发酵生产工艺过程是将玉米秸秆粉碎至20目以下进行灭菌处理，然后送发酵釜内发酵，同时加入纤维素酶菌种，发酵时间约为70h，温度低于60℃。采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌，发酵完毕后的物料经压滤机板框过滤、超滤浓缩和喷雾干燥后制得纤维素酶产品。液态深层发酵由于具有培养条件容易控制，不易染杂菌，生产效率高等优点，已成为国内外重要的研究和开发方向。

制酒在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出酒率和原料的利用率，降低溶液的黏度，缩短发酵时间，而且酒的口感醇香，杂醇油含量低。纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面：一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用；另外，由于纤维素酶对植物细胞壁的分解，有利于淀粉的释放和被利用。

将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中可增加麦粒溶解性，加快发芽，减少糖化液中单一葡萄糖含量，改进过滤性能，有利于酒精蒸馏。

酱油酿造在酱油的酿造过程中添加纤维素酶、可使大豆类原料的细胞膜膨胀软化破坏，使包藏在细胞中的蛋白质和碳水化合物释放，这样既可提高酱油浓度，改善酱油质量，又可缩短生产周期，提高生产率，并且使其各项主要指标提高3％。

饮料加工日本有专利报道，用纤维素酶处理豆腐渣后接入乳酸菌进行发酵，可制得营养、品味俱佳的发酵饮料。将纤维素酶应用于果蔬榨汁、花粉饮料中，可提高汁液的提取率（约10％）和促进汁液澄清，使汁液透明，不沉淀，提高可溶性固形物的含量，并可将果皮综合利用。目前，有报道已成功地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，具有一定的保健医疗价值。

纤维废渣的回收利用应用纤维素酶或微生物把农副产品和城市废料中的纤维转化成葡萄糖、酒精和单细胞蛋白质等，这对于开辟食品工业原料来源，提供新能源和变废为宝具有十分重要的意义。

此外，在果品和蔬菜加工过程中如果采用纤维素酶适当处理，可使植物组织软化膨松，能提高可消化性和口感。

将纤维素酶用于处理大豆，可促使其脱皮，同时，由于它能使细胞壁破坏，使包含其中的蛋白质、油脂完全分离，增加其从大豆和豆饼中提取优质水溶性蛋白质和油脂的获得率，既降低了成本，缩短了时间，又提高了产品质量。

植物纤维原料是地球上最丰富、最廉价而又可再生的资源，其主要成分是纤维素和半纤维素，纤维素和半纤维素的利用一直是国际国内的研究热点课题。利用的途径和整体思路是利用纤维素酶和半纤维素酶先将纤维素和半纤维素降解成可发酵糖，进而通过发酵制取酒精、单细胞蛋白、有机酸、甘油、丙酮及其他重要的化学化工原料。此外，纤维素、半纤维素通过纤维素酶的限制性降解还可制备成功能性食品添加剂，如微晶纤维素、膳食纤维和功能性低聚糖等。

总之，纤维素酶具有非常广阔的应用前景，但由于液态发酵生产技术含量较高，在大规模生产上还有一定的困难，因此对纤维素酶液态发酵的研究与开发具有重要的现实意义。今后若能加强这方面的研究，则可以使之早日进入工业化生产，一方面可以提高纤维素酶的产量和质量；另一方面可以较好地解决纤维素的生物转化问题，创造良好的社会效益和经济效益。

纤维素酶

Cellulase

康彼身；康彼申；bizym

消化系统药物 > 助消化药物

0.5g。

每片含有胰酶220mg，相当于脂肪酶（lipase）74OOu（FIP），蛋白酶（protease）420u（FIP），淀粉酶（amylase）7000u（FIP）；含米曲菌提取酶120mg，相当于纤维素酶（cellulase）70u（FIP），蛋白酶（protease）10u（FIP），淀粉酶（amylase）170u（FIP）。

用于各类消化不良症状，老年人消化不良。治疗胰酶分泌不足，在肠液中消化脂肪、碳水化合物及蛋白质，起促进食欲的作用。

对纤维素酶过敏者、急性胰腺炎患者禁用。

纤维素酶不可嚼碎。

偶有腹泻及软便。

每次2片，每日3次，饭前服。

不宜与酸性或堿性药物同服。