纖維素酶的研究進展2014

纖維素酶的研究進展內(nèi)容

1背景2纖維素及纖維素酶的介紹3纖維素酶的應用及研究進展能源危機

高油價，石油、天然氣等不可再生資源的極度使用，在未來200年內(nèi)面臨著枯竭。開發(fā)可再生能源迫在眉睫。糧食緊缺

全世界饑餓人口：世界上大約有8.42億人無法獲得維持身體健康所需的足夠的糧食。環(huán)境危機與資源浪費

作物的秸稈(1.5×1012T/年)，大部分以焚燒的形式被處理掉，造成大量資源的浪費和環(huán)境污染。

背景可利用資源纖維素

纖維素(Cellulose)：是由D-吡喃型葡萄糖基經(jīng)β-1,4糖苷鍵聯(lián)結而成的直鏈多糖直鏈狀大分子纖維素折迭起來，形成具有高結晶的基本構成單位，由這種基本構成單位集中起來構成微小的結構單位，再由很多的微小單位構成纖維素。

纖維素(Cellulose)是植物細胞壁的主要組分之一,占植物秸稈干質(zhì)量的40%～50%。纖維素的結構

天然纖維素由排列整齊而規(guī)則的結晶區(qū)和相對不規(guī)則、松散的無定形區(qū)構成，其結晶度一般在30%~80%之間。

在植物細胞壁中，纖維素分子聚集成致密的纖維絲，包埋在半纖維素和木質(zhì)素形成的保護層里，形成復雜的網(wǎng)狀結構。纖維素酶

纖維素酶：指由生物產(chǎn)生的一種多組分的混合蛋白質(zhì)，在適當?shù)臈l件下，能使不溶性纖維素材料水解成可溶性糖的生物催化劑的總稱。

纖維素酶的結構催化活性中心兩個具有獨立活性的結構域:具有催化功能的結構域(Catalyticdomain,CD),

具有結合纖維素功能的結構域(Cellulosebindingdomain,CBD),兩者之間由一段高度糖基化的linker相連。整個分子呈楔形.纖維素酶的來源

真菌(mainly)：

木霉屬(Trichoderma)、曲霉屬（Aspergillus）和青霉屬(Penicillium），如綠色木霉菌(Trichodermaviride),康寧木霉菌(Trichodermakoningii),黑曲霉（Asp.niger），繩狀青霉、變幻青霉等.

細菌:

好氧菌：如纖維單胞菌屬（Cellulomonas）、纖維弧菌屬（Cellvibrio）、噬胞菌屬（Cytophaga）厭氧菌：厭氧性的芽孢梭菌屬（Clostridium）、產(chǎn)琥珀酸擬桿菌（Bacteroidessuccinogenes）、牛黃瘤胃球菌（Ruminococcusflavefaciens

）、白色瘤胃球菌（

R.albus

）、溶纖維丁酸弧菌（Butyrivibriofibrisolvens）等超古菌：激烈火球菌(Pyrococcusfuriosus)等.

放線菌:好氧放線菌(Actinomycetales)：生二素鏈霉菌(Streptomycesambofaciens)

高溫單孢菌屬(Thermomonospora):彎曲高溫單孢菌(Thermomonosporacurvata)及假諾卡氏菌屬等

植物、動物及原生動物(little):

蝸牛(snail),蟑螂(cockroaches)等.

纖維素酶的性狀真菌纖維素酶：以水解酶機制和氧化酶機制降解纖維素；細菌纖維素酶：形成多酶復合體結構又稱纖維小體(Cellulosome)而起作用。能夠更加徹底有效降解天然纖維素。白色，溶于水，高溫失活：最適溫度在45～65℃之間，受二苯乙烯苷、葡萄糖酸-1,5-內(nèi)酯等抑制產(chǎn)纖維素酶菌種的特點纖維素酶的作用機理外切葡聚糖酶內(nèi)切葡聚糖酶β-葡萄糖苷酶根據(jù)酶的作用方式纖維素酶分為：纖維素酶

以上幾種酶相互協(xié)同作用β-1，4-內(nèi)切葡聚糖酶（Endo-β-Glucanase，簡稱EG,Cx）,主要作用于無定形纖維素,水解產(chǎn)生纖維糊精,纖維寡糖.β-1,4-外切葡聚糖（纖維二糖水解）酶（Cellobiohydrolase，

CBH,C1）,主要作用于結晶纖維素,產(chǎn)生纖維二糖.β-葡萄糖苷酶（β-Glucosidase，βG）,水解纖維二糖為葡萄糖。纖維素的水解過程

3.1.纖維素酶的應用食品生產(chǎn)釀酒：在釀酒原料中加入高效纖維素酶，或者將高效耐受性好的纖維素酶基因克隆到釀酒酵母中，以此來增加釀酒過程中對原料的利用率。釀制醬油：一方面分解原料中的天然纖維素,二方面破壞釀造原料中谷物的細胞壁,三方面協(xié)助米曲霉酶系起作用。造紙1.纖維素酶法廢紙脫墨降低能耗，減輕環(huán)境污染，脫墨效率高于化學脫墨。2.纖維素酶法處理改善紙漿性能改善紙漿磨漿性能和濾水性能。3.纖維素酶法處理改善纖維成紙性能提高成紙抗張系數(shù)。4.纖維素酶能抑制導管的脫落脫落的導管微粒影響成紙性能。5.纖維素酶法預處理硫酸鹽漿降低紙漿卡伯值。抑制導管脫落纖維素酶處理硫酸鹽漿廢紙脫墨改善紙漿性能改善成紙性能醫(yī)藥

雖然目前纖維素酶用于植物藥效成分提取的研究尚不多見,但得出的結果比較一致,即酶解預處理能明顯提高植物藥有效成分的提取率。中藥破壁提取金銀花綠原酸提高26%三七總皂甙提高24%銀杏葉中提取黃酮提高56%紡織工業(yè)

利用纖維素酶對纖維素纖維織物進行生物處理,即酶降解整理,可使紡織物的硬度適當下降的同時,使織物表面變得光滑，織物獲得蓬松,手感厚實柔軟,增大了纖維素的無定型區(qū)。纖維素酶石磨水洗的牛仔褲洗滌劑工業(yè)

堿性纖維素酶在洗滌劑工業(yè)上的成功應用,改變了傳統(tǒng)的去污方法,建立了一套新的去污機制,提高了洗滌效果,并有柔軟、增艷等作用,被洗滌劑工業(yè)稱之為一次技術革命。加酶洗衣劑畜牧業(yè)的應用

纖維素是自然界中十分豐富的資源，可通過用纖維素酶來有效利用農(nóng)副產(chǎn)品的腳料秸稈和糠類來作為飼料，進而提高畜禽的生產(chǎn)性能，提高飼料的消化率和利用率，改善飼料的營養(yǎng)價值，提高經(jīng)濟效益，故而纖維素酶具有廣闊的發(fā)展前景!纖維素酶、果膠酶、淀粉酶

纖維素乙醇sugarsolution

fermentation

DistillationDehydration

95%alcoholover99.5%ethanolpretreatment

Cellulosematerialcellulolysis

cellulase3.2現(xiàn)階段國內(nèi)外纖維素酶的研究進展纖維素酶產(chǎn)生菌的篩選

纖維素酶一般產(chǎn)自腐生微生物，許多植物的病原體也會表達纖維素酶。大多纖維素酶產(chǎn)生菌都是從諸如森林土、溫泉、堆肥、污水、動物糞便、反芻動物的瘤胃。而產(chǎn)纖維素酶的真菌更受青睞，因為它能將纖維素分泌至胞外。

目前，嗜熱的、抗極端pH的產(chǎn)纖維素酶的菌體已在商業(yè)中得到了應用。近幾年嗜冷性產(chǎn)纖維素酶菌也得到了一定的關注。在微生物宿主中纖維素酶的異源表達

由于利用纖維素酶的降解作用進行纖維素的生物轉(zhuǎn)化有著廣闊的前景，自70年代末就開始了纖維素酶基因的克隆。大腸桿菌和芽孢桿菌是最常用的重組蛋白表達平臺。酵母是真菌中最長用的表達系統(tǒng)。此外用絲狀真菌和植物中作為表達載體也有相應報導。纖維素酶及其酶的編碼基因的專利展望

纖維素酶具有非常廣闊的應用前景，但由于纖維素酶的生產(chǎn)技術水平低下，生產(chǎn)成本高，生物活性低等使得纖維素酶的應用具有局限性。因此