纖維素酶在各行業(yè)中的應(yīng)用

纖維素酶在各行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱 它不是單成分酶 而是起協(xié)同作用的多組分酶系 我國對纖維素酶的研究起源于20世紀(jì)60年代 主要研究方向是應(yīng)用于食品領(lǐng)域和釀造業(yè) 還有造紙工業(yè)及紡織工業(yè)等 70年代 纖維素酶類作為飼用添加劑被引人到飼料工業(yè)的研究中 在實踐中已有很大成效 隨著科學(xué)技術(shù)的進步 纖維素酶在中獸藥中的應(yīng)用也日益成為人們研究的熱點 簡介 飼料用纖維素酶 飼用纖維素酶的營養(yǎng)作用機理1 補充動物內(nèi)源酶的不足 刺激內(nèi)源酶的分泌在草食動物中 雖有一定量的分解纖維素的微生物存在 但其產(chǎn)生的纖維素酶種類和數(shù)量有限 加上在消化道中停留時間短 酶的作用遠遠沒有發(fā)揮出來 使粗纖維的消化吸收受到一定限制 致使飼料沒有完全消化吸收即被排出體外 造成浪費 且單胃動物如豬 雞等體內(nèi)由于缺乏內(nèi)源性纖維素酶 不能消化纖維素 添加纖維素酶可補充內(nèi)源酶的不足 提高動物對粗纖維的利用率 同時還可以改善消化道酶系組成 酶量及活性 從而提高對營養(yǎng)物質(zhì)的利用率 2 破壞植物細(xì)胞壁 提高對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率植物細(xì)胞壁主要是由纖維素 半纖維素和果膠組成的一層穩(wěn)定而堅固的外殼 阻止了動物對細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收 而由木霉 曲霉等制備的纖維素酶制劑在半纖維素酶 果膠酶等的協(xié)同作用下 破壞植物細(xì)胞壁 使細(xì)胞內(nèi)容物溶解出來 再由復(fù)合酶中的蛋白酶和淀粉酶等進一步降解 增加吸收率 同時也增加了非淀粉多糖的消化率 進而提高了多纖維原料的利用率 3 清除飼料抗?fàn)I養(yǎng)因子 提高飼料的價值抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在 降低了動物對飼料養(yǎng)分的利用率 從而降低了飼料營養(yǎng)價值 果膠 半纖維素部分溶解在水中產(chǎn)生粘性溶液 增加了動物消化道的粘度 對內(nèi)源酶來說是一個屏障 縮短了飼料通過胃腸道的時間 降低了營養(yǎng)物質(zhì)的同化作用 導(dǎo)致飼料吸收率降低 而添加纖維素酶 半纖維素酶和果膠酶后可將飼料中的纖維素 半纖維素 果膠等大分子物質(zhì)分解為單糖和寡糖 降低粘稠度 促進內(nèi)源酶的擴散 增加酶與營養(yǎng)物質(zhì)的接觸面積 從而增加養(yǎng)分的消化吸收 4 改善消化道中菌群的關(guān)系在動物消化道內(nèi) 纖維素交錯 纏繞 粘附 且在半纖維素和果膠部分水解后產(chǎn)生粘性溶液 增加了消化道的粘度 不利于有益菌群的定植 阻礙了微生物的生長繁殖 而在攝入纖維素復(fù)合酶后 纖維素 半纖維素和果膠被降解 使消化道粘度降低 并且增加了可溶性物質(zhì)的含量 為微生物生長繁殖提供了養(yǎng)料 同時 纖維素酶產(chǎn)生菌所形成的其他一些物質(zhì)可調(diào)整胃腸道菌群平衡生長 從而促進了有益微生物生長 改善了消化道菌群關(guān)系 同時也增加消化道內(nèi)單細(xì)胞蛋白含量 提高了飼料的營養(yǎng)價值 應(yīng)用1 食品 中藥 植物性提取 添加量 0 05 0 1 按照 2萬酶活的計算 2 紡織工業(yè) 紡織品經(jīng)飼料用纖維素酶洗滌后 外觀質(zhì)量提高 布面光潔 紋路清晰 無死棉 具有很好的柔軟性和懸垂性 具有永久的抗起球起毛效果 提高紡織品的染整加工性能 提高洗滌速度和洗滌效果 降低破損率和次品率 推薦使用量 2 5 5 0g kg衣物重 5 1水與衣物比率 5 0 10 0g kg衣物重 10 1水與衣物比率 3 飼料工業(yè) 作為飼料用添加劑 提高飼料消化率 有利于動物對蛋白質(zhì)的消化吸收 提高飼養(yǎng)效果 明顯的提高畜禽增重 產(chǎn)乳量 和產(chǎn)蛋量 并提高抗病力和適應(yīng)環(huán)境的能力 添加量 0 05 0 1 按照 2萬酶活的計算 4 酒精和釀酒工業(yè) 破壞植物細(xì)胞壁 促進淀粉釋放和纖維素的降解 提高出酒率 添加量 0 05 0 1 按照 2萬酶活的計算 纖維素酶在食品中的應(yīng)用現(xiàn)在纖維素酶已被用于果蔬汁的提取 果汁的澄清 馬鈴薯中淀粉類的有效分離等 加入纖維素酶可達到提高細(xì)胞內(nèi)含物的提取率 改善食品質(zhì)量 簡化加工工藝和難度等目的 纖維素酶也可增加食品的營養(yǎng)成分 1 在食醋釀造中的應(yīng)用食醋釀造過程中 將纖維素酶與糖化酶混合使用 可明顯提高原料利用率和出品率 將纖維素酶用于液態(tài)發(fā)酵釀造食醋 纖維素酶的加入量為10 50 mol min 酒精產(chǎn)量 食醋產(chǎn)量和主料出品率可分別提高7 5 23 8 0 25 1 38kg和5 1 27 2 2 在醬油釀造中的應(yīng)用醬油是一種富有營養(yǎng)價值的調(diào)味品 醬油的天然釀造除了用蛋白酶淀粉酶等各種酶作用的方法 在入池發(fā)酵時加入纖維素酶 可使大豆類等原料的細(xì)胞膜膨脹軟化破壞 使包藏在細(xì)胞中的蛋白質(zhì)碳水化合物釋放這樣既可提高醬油濃度 改善醬油質(zhì)量 又可縮短生產(chǎn)周期 提高產(chǎn)率 而且使成品醬油的氨基酸含量可提高12 糖分提高18 色澤好 不需要外加糖色 另外纖維素酶可以把釀造醬油原料中的天然纖維素分解成葡萄糖 被分解的葡萄糖在醬油釀制的發(fā)酵過程中可進行美拉德反應(yīng)加深醬油的色澤 同時還可成為有益微生物的碳源 所以 纖維素酶在醬油釀造中起著重要作用 而且 用纖維素酶預(yù)處理啤酒糟可提高啤酒糟蛋白酶解率10 以上 纖維素酶應(yīng)用于制酒工業(yè) 在進行酒精發(fā)酵時添加纖維素酶可顯著提高酒精和白酒的出酒率和原料的利用率 降低醪液的粘度 縮短發(fā)酵時間 生產(chǎn)酒精的原料大多為玉米高粱木薯和薯干 這些原料中含有豐富的淀粉外 一定比例的纖維素 半纖維素及其他碳水化合物 等 使用纖維素酶 可同時將淀粉和纖維素轉(zhuǎn)化為糖 原料利用率提高 再經(jīng)酵母分解全部轉(zhuǎn)化為酒精 用野生果實釀酒時加入纖維素酶 出酒率最高可達29 5 纖維素酶提高出酒率的原因可能有兩方面 纖維素酶提高出酒率的原因可能有兩方面 一是原料中部分纖維素分解成葡萄糖供酵母使用 另一方面 由于纖維素酶植物細(xì)胞壁的分解 有利于淀粉釋放和利用 現(xiàn)在 日本現(xiàn)已完成由蔗渣 稻草為原料生產(chǎn)燃料酒精的中試 3 在酒類釀造中的應(yīng)用 缺點我國是一個資源十分緊張的國家 土地少 人口多 纖維素是自然界中十分豐富的資源 是800 1200個葡萄糖分子聚合而成 但也有它的不足之處 今后應(yīng)進一步加強纖維素酶研究和開發(fā)工作 1 進一步加強纖維素酶的作用機制研究 2 酶的產(chǎn)量和活性都不高 成本偏高 3 加強纖維素酶檢測方法研究 結(jié)論 食品工業(yè)是纖維素酶應(yīng)用最廣泛的鄰域之一 現(xiàn)階段 纖維素酶已廣泛應(yīng)用于食品等一些行業(yè)中 纖維素酶來源廣 成本低 可提高產(chǎn)品質(zhì)量和原料利用率 除上面寫的應(yīng)用外 纖維素酶在活性物質(zhì)提取 油料作物 啤酒生產(chǎn) 焙烤食品等方面也起著重要的作用 但在纖維素酶的應(yīng)用上還存在一些不足 相信在以后的路上這些不足會得以解決 纖維素酶會得到更好更多的應(yīng)用 總之 纖維素酶應(yīng)用前景廣闊 在畜牧業(yè)上的應(yīng)用纖維素酶是畜牧業(yè)的一種新型飼料添加劑 能夠分解飼料中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維素 生成易消化的葡萄糖 便于動物吸收 該酶主要有3個作用 1 消除抗?fàn)I養(yǎng)因素 2 補充內(nèi)源酶 3 改善胃中微生態(tài)平衡 大量試驗表明 在飼料中添加纖維素酶對各種動物的飼喂效果十分顯著 在生物質(zhì)能源開發(fā)上的應(yīng)用資源的日漸枯竭 大規(guī)模開發(fā)利用可再生資源顯得非常重要 而生物質(zhì)是唯一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源 將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料 不僅能夠彌補如石油 煤炭 天然氣等化石燃料的不足 而且有助于保護生態(tài)環(huán)境 纖維生物質(zhì)中的纖維素可被纖維素酶降解生成還原糖 再利用還原糖的發(fā)酵來生產(chǎn)具有更強的可持續(xù)性的第二代生物燃料 纖維素燃料乙醇 這對解決人類的發(fā)展問題具有化時代的意義 目前生物乙醇主要是采用淀粉為原料生產(chǎn) 其成本價較高 為此 以廉價的農(nóng)作物秸稈等生物廢料為原料的纖維素生物乙醇生產(chǎn)技術(shù)已成為研究的熱點 全球已有幾十套中試生產(chǎn)線 我國現(xiàn)在也對生物燃料這方面積極開展科學(xué)研究與利用工作 纖維素酶也可用于中藥的提取 中藥酶法提取是選擇適當(dāng)?shù)拿?將細(xì)胞壁的組成成分水解或降解 破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)而提取有效成分 與傳統(tǒng)方法相比 該法具有溫度低 效率高 無污染等優(yōu)點 在其他方面的應(yīng)用 纖維素酶可以安全 高效地降解天然纖維素 這是其它處理方式無法比擬的 特別是在當(dāng)今能源短缺 污染嚴(yán)重的時代 已