纤维素酶的结构与功能综述..
研究生课程作业（综述）题目：纤维素酶的结构与功能
食品学院食品工程专业
学号
学生姓名
课程食品酶学
指导教师
二〇一三年十二月
纤维素酶的结构与功能
摘要：人类的生命活动离不开酶，生物体的一切新陈代谢活动都离不开酶，并且工业酶产业正在迅速发展。本文简单阐述了酶的结构与功能，重点以纤维素酶为例子，阐述它的来源、结构、分类、催化机制以及在各行业的应用，并对纤维素酶的发展前景作了一定展望。
关键词：纤维素酶结构家族功能
The structure and function of cellulase Abstract:Human's life activities is dependent on the enzyme,and all the metabolic activity of organisms cannot leave the enzyme, and industrial enzyme industry is developing rapidly.This article simply expounds the structure and function of enzymes.The key to cellulose enzyme as an example,expounds its source,structure, classification,catalytic mechanism and application in various industries,and lastly expect the development prospect of cellulase.
Keywords: cellulase structure family function
1
1 前言
酶是生物体组织或细胞内具有特殊催化活性的蛋白质，亦称生物催化剂。根据蛋白质分子的组成和盘曲折叠方式，可以将酶分为一级结构和高级结构（二级结构和三级结构），与酶的催化功能密切相关，结构的改变会引起酶催化作用的改变或丧失。1955年Sanger等报导了胰岛素的氨基酸序列，人们开始把视线注意在酶的结构上。随后1963年，核糖核酸酶的一级结构被测定，之后用X-ray crystallography测定了ribonulease，lysozyme，chymotrypsin，trypsin，papain和carboxypeptidaseA的三级甚至四级结构。一级结构就是指蛋白质分子中肽链的氨基酸残基的排列顺序，由于半胱氨酸侧链的巯基经氧化后，能形成—S—S—键，因此在蛋白质分子的链内或链间都有可能形成二硫键；二级结构指蛋白质分子的肽链本身三维空间的规律性；三级结构就是蛋白质的二级结构按照一定方式再盘曲折叠，并通过氢键和疏水键维系的结构。且酶蛋白的一级结构是基础，但必须有一定的空间构型（一般指二级、三级结构）时才呈现活性[1]。
酶的基本组成单位是氨基酸，20种氨基酸按不同顺序排列组合而成具有一定空间结构的多肽链，各种氨基酸还具有不同的侧链，各种侧链又有不同的化学反应性。它们的相互作用形成各种化学键，如离子键、氢键、疏水键等。酶分子的特定化学结构反映了一定的催化功能。酶与那些化学催化剂相比，有一些显著的催化功能，比如高效催化能力，以及在温和反应条件下的高度选择性。在有机合成领域，酶已经被作用催化剂选择性的合成有机混合物。所有的天然高分子聚合物生产都是通过酶的体内催化得到的[2]。
1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee，EC）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类。如表1所示：
表1 酶的分类及其反应本质
大类反应本质亚类亚—亚类
氧化还原酶电子转移供体中被氧化基
团的性质
受体的类型
转移酶基团转移被转移基团的性
质被转移的基团的进一步描述
水解酶水解被水解的键的类
型（酯键、肽键）底物的类型：糖苷、肽等
裂合酶键裂开被裂开的键：C-S、
C-N等
被消去的基团
异构酶异构化反应的类型底物的类别、反应
的类型和手性的
位置
连接酶键形成被合成的键：C-C、
C-O、C-N等底物S1、底物S2、第三底物（共底物）几乎是核苷酸
2
自然界中，一切生命现象都与酶有关，生物体的新陈代谢过程都在酶的催化作用下进行，并受酶的控制和调节。如果离开了酶，新陈代谢就不能进行，生命也就停止。因此，酶学的研究有着重大的理论和实践意义。近年来，分子生物学领域，在不断涌现的新方法和新技术的推动下，使酶的结构与功能的关系愈加清晰。本文以纤维素酶为具体例子，详细介绍了纤维素酶的来源、结构、催化机制、应用等内容。
2 纤维素酶的概念
自1906年从蜗牛消化道发现纤维素酶以来，陆续报道了细菌、放线菌、丝状真菌等许多微生物中纤维素酶的存在。1954年开始，美军Natick实验室就已研究了军用纤维素材料微生物降解的防护问题，后来发现纤维素经微生物降解后，可产生经济、丰富的生产原料，且有望解决自然界不断产生的固体废物问题，于是纤维素酶得到了广泛的关注。
2.1 纤维素酶的来源
不同的微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对纤维素的降解能力也大不相同。自然界可以产生纤维素酶的微生物主要有细菌、放线菌、真菌等。由于放线菌的纤维素酶产量极低，研究很少；细菌的产量也不高，且主要是内切葡聚糖酶，大多数菌所产纤维素酶对结晶纤维素没有活性，另外，所产生的酶是胞内酶或吸附于细胞壁上，很少能分泌到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种大多都是丝状真菌,其中产酶活力较强的菌种为木霉属(Trichoder-ma)、曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)，特别是里氏木霉(Trichoderma reesei)及其近缘菌株较为典型。丝状真菌具有产酶的诸多优点：产生的纤维素酶为胞外酶，便于酶的分离和提取；产酶效率高，且产生纤维素酶的酶系结构较为合理；同时可产生许多半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等。同时,其生长环境粗放、酶易提取，且菌株安全无毒,因而里氏木霉被公认为是最具有工业应用价值的纤维素酶生产菌[3]。
2.2 纤维素酶的结构
关于纤维素酶的结构，第一次报道是Pettersson和Bhikhabhai关于里氏木霉的I型外切纤维素酶的氨基酸序列中，发现其与来自同物种的内切葡聚糖酶相关[4]。丝状真菌所产的典型游离纤维素酶分子具有多结构域的构架，包括碳水化合物结合模块(Cellulose-binding module，CBM)，其通过柔性的连接肽(Linker) 连接至催化结构域(Catalyticdomain，CD) 上，另外部分酶分子还含有其他结构域。构成厌氧细菌纤维小体的纤维素酶分子一般由一个对接模块(Dockerin) 通过连接肽与一个催化结构域(CD) 连接，其中对接模块可与支架蛋白(Scaffoldin，又称作脚手架蛋白)的粘连模块(Cohesin) 结合，而支架蛋白一般还会存在一个CBM[5]。CBM 在结合及降解天然纤维素的过程中具有重
3
要作用；而CD 则主要是催化糖苷键的断裂。纤维素酶包括三个酶活性：内切葡聚糖酶（Endoglucanase，EG；EC 3.2.1.4），可以切断纤维素链的β-1,4键；外切葡聚糖酶(Cellobiohydrolase ，CBH ；EC 3.2.1.91 ，EC3.2.1.176)又称纤维二糖水解酶，可以移除自由链端的纤维二糖；β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase ，BGL；EC 3.2.1.21)，可以水解纤维二糖成为葡萄糖单元[6]。
不同来源、不同组分的纤维素酶分子量差别较大，如Geotrichum candidum 产生的一种内切葡聚糖酶，其分子量为130000D，而斜卧青霉的EG的一个组分，分子量仅24000D。纤维素酶分子的一级结构都具有类似的结构，即由球状的催化结构域、链结区和纤维素结合结构域（CBD）三部分组成。从酶分子的高级结构来说，不同来源的酶分子又具有不同的高级结构。如Clostridium cellulovorans包括两个多纤维素酶体，每个小体又都包含9个相同组分的亚单位，而其中一个小体的酶活性是另一个小体活性的4倍，足以说明纤维素酶组成的复杂性[7]。
2.3 纤维素酶的家族
根据蛋白质结构域中氨基酸序列的相似性，将不同物种来源的碳水化合物活性酶类(Carbohydrate-Active enZYmes，CAZy)分成不同的蛋白质家族，将蛋白质氨基酸序列相似度高于30%的归为同一GH家族。其中糖苷水解酶现已有131 个家族，纤维素酶类分布在至少17 个GH 家族中，是糖苷水解酶数据库中家族数目最多的一类水解酶类。不同家族的纤维素酶具有不同的演化历史和进化起源，因此不同GH家族之间的亲缘关系不同，有的亲缘关系比较近，如GH7 家族只含有真菌的水解酶类，GH8 家族只含有细菌产生的水解酶类等；有的亲缘关系较远，如GH9 家族的纤维素酶，产生该类酶的生物种类广泛，有细菌(包括好氧菌和厌氧菌)、真菌、植物与动物(原生动物与白蚁)，另外GH5 与GH12 家族的成员也广泛分布于古菌、细菌与真菌三类生物中。
不同的微生物产生的纤维素酶属于不同的类别，如隶属于丝状真菌的瑞氏木霉Trichoderma Reesei (红褐肉座菌Hypocrea jecorina 的无性型)，其分泌的纤维素酶主要分布于GH5，GH6，GH7，GH12，GH45 与GH61 家族；放线菌中的褐色高温单孢菌Thermobifida fusca主要有来自GH5，GH6，GH9 与GH48 家族的相关纤维素酶基因；而好氧细菌中哈氏噬纤维菌Cytophaga hutchinsonii 主要产生GH5 与GH9 家族的相关纤维素酶[8]；厌氧细菌中的热纤梭菌Clostridium thermocellum主要产生GH5，GH8，GH9 与GH48 家族的相关蛋白。同一家族具有相同的催化断键机制，同一族系，甚至不同族系都可能会具有相同的断键机制[9]。表2列出了部分主要纤维素酶家族的蛋白结构折叠类型、催化机制及其他主要信息。
4
表2 主要纤维素酶家族的基因序列、拓扑结构、催化机制及其成员信息统计表
3 纤维素酶的催化机制及应用
3.1 催化机制
纤维素是地球上最丰富的生物资源，最初是在植物和海藻的细胞壁结构中发现的，同时也可以从其他的途径生产纤维素，比如细菌。纤维素是由β-1,4-糖苷键连接D-葡萄糖单元形成的一条线性高分子链，超过10000个葡萄糖残基。由于纤维素的结构非常紧密，很难通过一些化学方法将其彻底水解，要利用纤维素生产绿色能源是一个难题。而纤维素酶却能高效水解纤维素酶。
目前我们了解到，纤维素酶直接作用于纤维素，最开始的两个酶行为是，将其分解为纤维二糖和葡萄糖，这是在内切纤维素酶和外切纤维素酶的协同作用下实现的。这种纤维二糖随后被纤维二糖酶水解成为葡萄糖。内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶可以分解水溶性纤维糊精和非晶态纤维素，但是外切纤维素酶是降解晶态纤维素的最佳酶[10]。纤维素酶水解纤维素的催化机制如图1所示[11]。它揭示了在降解完整纤维素体系过程中观察到，在经过大量水解后纤维素分子结构几乎没有发生很大变化的原因，可以归结于单个酶分子是对酶分子的不同部分进行修改。
图1 C.fimi酶降解纤维素的示意图
5
（其中，直线表示结晶纤维素，锯齿线表示非结晶纤维素。由示意图可以看出，Cel6A是一种与非结晶纤维素具有高度亲和力的非连续性内切葡聚糖酶，同时Cel5A是一种引起非结晶纤维素解聚的连续性内切纤维素酶；Cel6B是一种进攻纤维素非还原性末端的外切葡聚糖酶，同时Cel48A是一种分解纤维素还原性末端的连续性外切葡聚糖酶）
3.2 应用
纤维素酶广泛应用于植物性农产品加工、饮料和调味品的酿造、纺织工业、纸张回收、清洁剂酶、动物饲料添加剂等方面。
随着石化能源的日益枯竭，生物资源由于其资源丰富、可再生性和不增加温室气体排放等优点，正日益引起政府和社会的重视。采用纤维素酶将生物质水解为糖，再发酵可产生物液体燃料（如生物乙醇、丁醇和碳氢化合物等），为解决能源危机展现了新的曙光。若纤维素酶水解生物质产生的乙醇、丁醇或其他糖发酵产品成为主要运输燃料，那么纤维素酶将会成为世界第一大工业。为降低成本，植物基因工程正致力于研究利用植物自身生产纤维素酶来讲解纤维素[12]，且蛋白质的多样性，需有效地讲解植物细胞壁，并且由于真菌产酶的多样性，建立一个与真菌产酶活性相当的植物产酶体系是相当困难的。Saeid Karkehabadi等人[13]致力于降低生物生产乙醇的成本做了研究，从嗜热菌中发现了一种61家族蛋白，它可以提高T.reesei粗纤维素酶预处理玉米秸秆的活性，使酶成本降低了数倍。并且T.reesei菌中含有多种61家族基因，并且61家族蛋白结构中不含油类似于纤维素结合位点的区域。
具体来说，纤维素在食品行业，一方面主要进行橄榄油以及果蔬汁的榨取，去除掉果蔬汁以及蔬菜汁的沉淀物，促进谷物水分吸收，去除豆子中的豆衣，实现谷物蛋白以及淀粉的成功分离等；另一方面，纤维素可以用于提取纤维寡糖等可溶性糖，脱粒细胞壁，取出有用的蛋白等。在纺织行业中，纺织行业纤维素酶的应用仍然属于比较新兴的应用，主要用于抛光以及打磨两个阶段，日常应用范围也比较广，主要是能够有效的取出衣物表面存在的碎纤维，方便家庭日常的洗涤工作，通过抛光以及打磨两个阶段，提高衣物光泽。在制酒工业中，纤维素酶主要有力于葡萄酒以及啤酒的制造，利用纤维素酶，能够促进水解制酒过程中葡萄汁以及大麦汁，有效的分解沉淀物，提高过滤的效率，增加酒香，提高酿酒的效率，促进酿酒业的发展。饲料行业我我国农业的基础，是保证满足十几亿人口大国温饱的关键环节，而纤维素酶又是其中的重点问题，纤维素酶加入到饲料当中，能够起到很好的补充作用，增强动物体能，防止动物反刍事件发生。除此以外，还能通过应用在纤维素物质如去掉谷物壳等中，有效提高动物消化的效率，并且分泌相应的物质，促进动物体内的粗糙粮食得到消化以及吸收。
6
4 总结与展望
纤维素酶作为一种生物工程主要建设工业酶，其成功的提取以及应用，对于保证我国解决能源以及食品问题，促进我国农业发展有着空前意义，纤维素酶凭借其价格以及成本低廉、应用广泛、使用方便等特点，已经成为人们关注的热点话题之一。而天然的来自真菌的纤维素酶大多为酸性酶，在碱性条件下不能有效地发挥作用，而且纤维素酶的活性和热稳定性有限，不能满足使用的需要。蛋白质工程技术和酶的体外定向进化技术为天然纤维素酶分子的改造提供了有效的途径。可以在基因水平上,通过定点突变、易错PCR、DNA改组(DNAShuffling)、克隆等手段产生各种各样的突变体，再从中筛选出符合人们需要的性质改善的突变酶，如耐碱性酶、比活力提高的酶、热稳定性提高的酶等，最后，将该突变酶的基因高效表达，或者引回原宿主同源置换野生型基因，即获得了经分子改性的高效纤维素酶产生菌。
随着基因组学、蛋白质组学、结构组学等技术的迅速发展，以蛋白家族的序列比对与结构模建为基础，通过分析纤维素酶序列、结构与功能的进化关系，研究酶分子的活性架构及其持续性催化的分子动态过程，有助于阐明其催化机制，从而奠定理性设计的理论基础。可以预见的是，随着越来越多新的基因被克隆出来和新的分子设计理念的出现，微生物酶的应用前景会越来越好。因此，人们还必须不断的改进现有的纤维素酶分子改造技术，探索发明新的更高效的文库构建和筛选方法，以期为纤维素酶改造成为更加稳定，更加适应外界环境条件创造更加诱人的前景。
7
参考文献
[1] 袁静明.酶的结构与功能[J].生物化学与生物物理进展,1975,01:47-55.
[2] Hiroshi Uyama,Shiro Kobayashi.Enzyme-catalyzed polymerization to
functional polymers[J].Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic,2002,19: 117-127.
[3] 陈红歌,张东升,刘亮伟.纤维素酶菌种选育研究进展[J].河南农业科学,2008,
08:5-7.
[4] Macromo16cules V6g6tales.Cellulases and their interaction with
cellulose*[J].CELLULOSE,1994,1:169-196.
[5] 王金兰,王禄山,刘巍峰,等.降解纤维素的超分子机器研究进展.生物化学与
生物物理进展[J],2011,38(1):28-35.
[6] Dan Peng,Zhoulin Lan,Chuling Guo,et al.Application of cellulase for the
modification of corn stalk: Leading to oil sorption[J].Biore source Technology, 2013,137:414-418.
[7] 王巧兰,郭刚,林范学.纤维素酶研究综述[J].湖北农业科学,2004,03:15-19.
[8] 张小梅,李单单,王禄山,等.纤维素酶家族及其催化结构域分子改造的新进
展[J].生物工程学报,2013, 29(4): 422?433.
[9] 刘婵婵,时全义,刘均洪.植物基因工程对生物燃料生物质特征的改进[J].化
学工业与工程技术,2008,29(3):4-7.
[10] Yu Cao,Huimin Tan.Effects of cellulase on the modification of cellulose[J].
Carbohydrate Research,2002,337:1291-1296.
[11] Shawn D.Mansfield,Roger Meder.Cellulose hydrolysis—the role of
monocomponent cellulases in crystalline cellulose degradation[J].Cellulose, 2003,10:159-169.
[12] 谢敬.纤维素酶的研究进展[J].化学工业与工程技术,2010,31(5):47-50.
[13] Saeid Karkehabadi,Henrik Hansson,Steve Kim,et al.The First Structure of a
Glycoside Hydrolase Family 61 Member, Cel61B fromHypocrea jecorina,at
1.6 ? Resolution[J].Mol Biol,2008,383:144-164.
8
纤维素酶的作用机理及进展的研究
纤维素酶的作用机理及进展的研究 摘要：纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中，本文论述了纤维素酶的性质，重点介绍了纤维素酶的作用机理、应用及其研究进展，并对其研究前景做了展望。关键词：纤维素酶；纤维素；作用机理； 0引言 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，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第一大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。 纤维素占植物干重的35%-50%[1],是世界上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。对人类而言，它又是自然界中最大的可再生物质。纤维素的利用和转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义[2]。 1 纤维素酶的性质 纤维素酶是一种重要的酶产品，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。纤维素酶是四级结构，,产生纤维素酶的菌种容易退化，导致产酶能力降低。由于纤维素酶难以提纯，实际应用时一般还含有半纤维素酶和其他相关的酶，如淀粉酶（amylase）、蛋白酶（Protease）等。 纤维素酶的断键机制与溶菌酶一样，遵循双置换机制。纤维素与酶相互作用中，是酶被底物分子所吸附，然后进行酶解催化，酶的活性较低，仅为淀粉酶的1/100[3] 纤维素酶对底物分子的分解，必须先发生吸附作用。纤维素酶的吸附不仅与自身性质有关，也与底物密切相关，但纤维素酶的吸附机制总体并未弄清，仍需进一步研究[4]。 2 纤维素酶的作用原理 （1）、纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时，可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质有利于动物胃肠道的消化吸收。 （2）、纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌，补充内源酶的不足，并对内源酶进行调整，保证动物正常的消化吸收功能，起到防病，促生长的作用。 （3）、消除抗营养因子，促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液，增加消化物的粘度，对内源酶造成障碍，而添加纤维素酶可降低粘度，增加内源酶的扩散，提高酶与养分接触面积，促进饲料的良好消化。 （4）、纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物，在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物，从而使消化道内的消化作用得以顺利进行。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素，促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外，还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化。
真菌与细菌纤维素酶研究进展_高凤菊 (1)
第27卷第2期 唐山师范学院学报 2005年3月 Vol. 27 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2005 ────────── 收稿日期：2004-10-20 作者简介：高凤菊（1978-），女，河北乐亭人，四川农业大学生命科学学院硕士研究生。 - 7 - 真菌与细菌纤维素酶研究进展 高凤菊1，李春香2 （1.四川农业大学 生命科学学院，四川 雅安 625014；2.唐山师范学院 生物系，河北 唐山 063000） 摘 要：对分解纤维素真菌及细菌的种类，纤维素酶的组成和分类，分子结构、作用机理，纤维素酶基因工程及研究展望进行了综述。 关键词：真菌；细菌；纤维素酶 中图分类号：Q556+.2 文献标识码：B 文章编号：1009-9115（2005）02-0007-04 资源和环境问题是人类在21世纪面临的最主要的挑战。生物资源是可再生性资源，地球上每年光合作用的产物高达1.5×1011~2.0×1011t ，是人类社会赖以生存的基本物质来源。其中90％以上为木质纤维素类物质，[1]其中的纤维素是地球上最丰富 的多糖物质， [2] 这类物质是植物细胞壁的主要成分，也是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。我国的纤维素资源极为丰富，每年农作物秸秆的产量 达5.7×108t ， 约相当于我国北方草原年打草量的50倍。目前这部分资源尚未得到充分的开发利用，主要用于燃料，畜牧饲料与积肥，不仅利用率低，还 对环境造成一定的污染。 [3] 随着世界人口迅速增长、粮食、矿产资源日渐枯竭，开发高效转化木质纤维素类可再生资源的微生物技术，利用工农业废弃物等发酵生产人类急需的燃料、饲料及化工产品，即化工原料的“绿色化”，具有极其重大的现实意义和光明的发展前景。 在自然界中，许多霉菌[4]和细菌[5]都能产生纤维素酶，但有关细菌纤维素酶的报道很少。由细菌所产生的纤维素酶一般最适中性至偏碱性，因为这类酶制剂对天然纤维素的水解作用较弱，长期以来没有得到足够的重视。近十几年来，随着中性纤维素酶和碱性纤维素酶在棉织品水洗整理工艺及洗涤剂工业中的成功应用，细菌纤维素酶制剂已显示出良好的使用性能和巨大的经济价值。[6][7][8] 1 纤维素分解微生物 1.1 纤维素分解性细菌 (cellulose decomposingbacteria ) 纤维素分解性细菌是能分解纤维素的细菌。由于纤维素酶等的作用，纤维素可一直被分解到葡萄糖为止，有时在分解过程中会积累纤维二糖。这类 细菌多见于腐植土中。好氧性细菌如纤维单胞菌属（Cellulomonas ）、纤维弧菌属（Cellvibrio ）、噬胞菌属（Cytophaga ）等能分解纤维素；但在好氧条件下土壤中纤维素的分解，主要是纤维素分解真菌在起作用。而在厌氧条件下纤维素的分解，一些厌氧性的芽孢梭菌属（Clostridium ）的细菌具有重要作用。纤维素分解细菌亦可栖息于草食动物的消化道、特别是反刍动物的瘤胃中。它们在其中进行分解纤维素的活动，这些细菌是厌氧性细菌，例如产琥珀酸拟杆菌（Bacteroides succinogenes ）、牛黄瘤胃球菌（Ruminococcus flavefaciens ）、白色瘤胃球菌（R.albus ）、溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens ）（程光胜 译）等。细菌纤维素酶多数结合在细胞膜上，菌体细胞需吸附在纤维素上才能起作用，使用很不方便，酶的分离提取也较困难。但是细菌主要产生中性纤维素酶和碱性纤维素酶。碱性纤维素酶由于在洗涤剂工业中有良好的应用价值，也成为研究热点，其产生菌主要集中在芽孢杆菌属[9]。由于酶的耐热性在生产中具有现实意义，所以耐热细菌也是研究的热点。 1.2 纤维素分解性真菌 真菌类有黑曲霉、血红栓菌、卧孔属、疣孢漆斑菌QM460、绳状青霉、变幻青霉、变色多空霉、乳齿耙菌、腐皮镰孢、绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉、嗜热毛壳菌QM9381和嗜热子囊菌QM9383等[10]；丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物。真菌纤维素酶通常是胞外酶，酶被分泌到培养基中，用过滤和离心等方法就可较容易地得到无细胞酶制品。目前饲用纤
【文献综述】纤维素酶的概述
文献综述 生物工程 纤维素酶的概述 【摘要】纤维素作为地球上分布广，含量丰富的碳水化合物，它的降解是自然界碳素循环的中心环节。纤维素的利用和转化对于解决目前世界能源危机，粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。本文就纤维素酶的应用进行一个简要的概述。 【关键词】纤维素酶；纤维素酶的实际应用：应用前景 1. 纤维素的概况 1.2 纤维素酶的分类 纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3～10 种或更多组分构成的多组分酶。根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β-1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) [1]。在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶, 只具有内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 又称CMC酶) 的活性, 有的还与中性CMC 酶组分共存[2]。 1.3 纤维素酶的作用机理 纤维素酶在提高纤维素、半纤维素分解的同时, 可促进植物细胞壁的溶解使更多的植物细胞内溶物溶解出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质, 有利于动物胃肠道的消化吸收[3]。同时, 纤维素酶制剂可激活内源酶的分泌, 补充内源酶的不足, 并对内源酶进行调整, 保证动物正常的消化吸收功能, 起到防病、促生长的作用, 消除抗营养因子,促进生物健康生长。半纤维素和果胶部分溶于水后会产生粘性溶液, 增加消化物的粘度, 对内源酶造成障碍, 而添加纤维素酶可降低粘度, 增加内源酶的扩散, 提高酶与养分接触面积, 促进饲料的良好消化。而纤维素酶制剂本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物, 在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物, 从而使消化道内的消化作用得以顺利进行[4]。也就是说纤维素酶除直接降解纤维素, 促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外, 还和其他酶共同作用提高奶牛对饲料营养物质的分解和消化[5] 2. 纤维素酶的一些历史及研究成果 在吴琳,景晓辉,黄俊生[3]的产纤维素酶菌株的分离，筛选和酶活性测定中，他们利用“采样—培养—分离单菌落—初筛—复筛—测OD值”的方法筛选出分解纤维素能力较强的菌株。[结果]经反复培养和划线分离从80份样品中初选出35株具有分解纤维素能力的菌株。其中10株由白转绿,长势较
浅谈食品用酶的应用现状
浅谈食品用酶的应用现状 食品用酶，从早期的酿造、发酵食品开始，至今已广泛应用到各种食品上。随着生物科技进展，不断研究开发出新的酶制剂，已成为当今新的食品原料开发、品质改良、工艺改造的重要环节。 酶制剂在食品行业中的应用主要体现在以下几个方面： 1. 有利于食品的保藏，防止食品腐败变质。例如：目前与甘氨酸配合使用的溶菌酶制剂，应用于面食、水产、熟食及冰淇淋等食品的防腐。如溶菌酶用于pH6.0～7.5的饮料和果汁的防腐。乳制品保鲜新鲜牛乳中含有13毫克/100毫升的溶菌酶，人乳中含量为40毫克/毫升。在鲜乳或奶粉中加入一定量溶菌酶，不但可起到防腐作用，而且有强化作用，增进婴儿健。 2. 改善食品色香味形态和质地。如，花青素酶用于葡萄酒生产，起到脱色作用；复合蛋白酶嫩化肌肉，使肉食品鲜嫩可口；在肉类香精生产中常用的风味酶就是一种复合酶，使最终反应达到风味化要求。 3. 保持或提高食品的营养价值。通过多种蛋白酶的作用生产多功能肽及各种氨基酸已经是营养保健行业常见的加工方法。 4. 增加食品的品种和方便性。如用纤维素酶及果胶酶处理过的槟榔，使硬组织软化，方便食用，提高适口性，更便于咀嚼。为儿童提供各种酶解后的动植物天然食品，通过纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等多种酶作用，去除不易吸收的成分，提高营养价值，更适合婴幼儿的营养吸收。 5. 有利于食品加工操作，适应生产的机械化和自动化。丹宁酶消除多酚类物质，去除涩味并消除其形成的沉淀。蛋白酶用于饼干减筋，生产酥性饼干。纤维素酶、果胶酶常用于榨果汁、豆油等对于原料的前处理，通过对果胶和纤维素的降解来解决加工难度，提高出油、出汁率。 6. 专一性生产加工需求。最典型的就是成熟的酶法淀粉深加工、酶法肉类提取物及酶法酵母提取物的大规模生产。由淀粉酶、蛋白酶、各种转化酶等组成的专一性酶解技术使这些农副产品深加工得于实现，并产生高付加值的食品原料。 7. 去除食品中的不利成分。双乙酰还原酶去除啤酒中的双乙酰。过氧化氢酶去除牛乳中的过氧化氢。柚苷酶用于柑橘汁的脱苦。 8. 保护食品中的有效成分，稳定食品体系。过氧化氢酶、葡萄糖氧化酶合用，用于稳定柑橘萜烯类物质。-半乳糖苷酶用于牛乳中，预防粒状结构；冷冻时稳定蛋白质；提高炼乳稳定性。 9. 提高食品的价值。酯酶用于交酯化反应，从低价值的原料中制造高价值的三酰甘油酯。 因为酶催化反应的专一性与高效性，在食品加工中酶的应用相当广泛，用得最多的是水解酶，其中主要是碳水化合物的水解酶；其次是蛋白酶和脂肪酶；少量的氧化还原酶类在食品加上中也有应用。日前，食品加工中只有少数几种酶得到应用。 国际市场动向 据推测，现在工业用酶的世界市场约为13亿美元。按地域分，欧洲占45％，北美为35％，南美5％，亚洲15％。按用途领域分，洗涤剂用为5.5亿美元；谷物处理用1.50亿美元；饲料用2亿美元，纤维用21亿美元；其他为4.50亿美元，其中用于食品的酶包含在淀粉糖化的谷物处理领域内，而脂肪酶和凝乳酶等处于谷物处理领域以外的食品用酶，则包含在“其他”项目中。据推测，食品用酶的市场规模将包括油脂用酶0.23亿美元；面包用酶1亿美元；果汁用酶0.26亿美元；酿造用酶0.42亿美元；蛋白分解用酶（包括制造风味用酶）约1亿美元。 世界上主要酶制剂生产公司是丹麦的诺维信公司和美国的国际杰耐考阿公司两大公司。现在世界酶制剂市场大约由诺维信公司占有40％的份额，而杰耐考阿公司约享有20％的份额。 日本的食品用酶的市场规模约为100亿日元。其中虽然以用于异构糖生产的酶为主，但是日本异构糖市场已经进入成熟期，今后难以有更大的发展和增长。近年来排位第二的蛋白质分解酶市场增长较快，主要是用于食品软化、调味品生产以及多肽等保健功能性材料生产。除此以外，同样寄以厚望的还有在巧克力生产中得到重用的可可白脱制造所需的脂肪酶；为制造供乳糖不耐症患者使用的预先分解乳糖的牛乳以及在生产无砂糖酸奶时，为调制甜味所必须的乳糖酶以及奶酪生产中使用的凝乳酶和澄清果汁用酶类等。日本最大的食品添加剂公司味之素公司在1993年开发成功和上市的谷氨酰胺转胺酶（TGase）制剂“阿库替巴”，迄今为止被利用在畜肉加工、火腿、香肠加工、水产品加工、面条加工以及豆腐加工中。在日本市场的年销售金额达45亿日元，是目前食品加工用酶中市场销售金额最高的一种酶。此外，该产品已销售到以欧洲为中心的海外市场。在日本销售金额中的2/3是海外市场销售所得。
纤维素酶的介绍 应用 前景
纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用 纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用 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。 纤维素酶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 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。 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。 纤维素酶的生产方法 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。 纤维素酶的应用 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，
纤维素酶在纺织品染整中的应用
纤维素酶在纺织品染整中的应用 摘要:介绍了纤维素酶的性质、纤维素酶对纤维素的作用机理及纤维素酶在纺织上的应用,对其在纺织上的应用前景进行了展望。 关键词：纤维素酶纤维素染整纺织应用 0前言 纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物,绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组分酶的总称。目前,纤维素酶产品广泛应用于纺织、饲料、酿造、制药、造纸等行业,尤其是在纺织行业的应用范围目前正在不断扩大。 早在1906年,Seilliere就在蜗牛的消化液中发现了能分解纤维素的纤维素酶。纤维素酶是能水解纤维素B-1,4 -葡萄糖苷键,使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称,它不是单一酶,而是起协同作用的多组分酶系。 纤维素酶的来源非常广泛,昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。主要的有:康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉、芽孢杆菌等。丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物,耐嗜碱细菌产生的纤维素酶在碱性范围起作用。 一、纤维素酶的组成和性质 纤维素酶是一种复合酶,是包括多种酶的一个体系,它可以从多种微生物、植物和动物制取。目前对纤维素酶的研究还不深,但就已
知的情况来说,纤维素酶至少含有三种成分的酶,即可任意切断纤维素分子中β-1,4-糖苷键的内切B-葡聚糖酶(EG);从没有还原基末端开始切断 β-1,4-糖苷键成纤维二糖剩基的外切β-葡聚糖酶(CHB)和将纤维素二糖分解成葡萄糖的β-葡萄糖苷酶(BG)。也有人将可以催化水解CMC那样水溶性底物的纤维素衍生物、但很难单独作用于结晶纤维素的酶称为C X酶,也即上述的EG酶。将从纤维素的非还原端开始分解成纤维素二糖、与C X酶共存时能破坏纤维素结晶部分的酶称为C1酶,也即上述的CBH酶。将可以使纤维素二糖分解成葡萄糖的酶称为纤维素二糖酶,即BG酶。 二、纤维素酶对纤维素的作用机理 目前,一种理论认为:纤维素酶水解纤维素是β-1,4 -内切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(EG,Endo-β-Glucanase),β-1,4 -外切葡聚糖(纤维二糖水解)酶(CBH,Cellobiohydrolase)和β-葡萄糖苷酶(BG,β-Glucosidase)协同作用下进行的。首先,EG酶随机水解切断无定型区的纤维素分子链,使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端,为CBH酶水解纤维素创造条件,CBH酶的水解产物纤维二糖则由BG酶水解成葡萄糖,因而纤维素酶水解纤维素的过程可以简单表示为:EG→CBH→BG。目前的研究表明,EG酶实际上至少包括EG?、EGП、EGШ和EGV四种,CBH至少包括CBH?和CBHП两种。 另外一种理论认为:纤维素酶是由葡聚糖内切酶(C x酶)、葡聚糖外切酶(C1酶)、β-葡萄糖苷酶三个主要成分所组成的诱导型复合酶
纤维素研究综述(DOC)
纤维素水解研究综述 1.1生物质的转化与利用 生物质是指一切直接或间接利用植物光合作用形成的有机物质。包括除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等。从能源的角度，生物质的能量来源于太阳能，是太阳能的一种储存形式；从资源的角度，生物质是地球上唯一可再生的碳资源。 在人类漫长的历史长河中，生物质扮演了重要的角色，它不仅是人类赖以生存的食物来源，而且为人类发展提供了必需的物质基础，包括：织物、建材、纸张、酒精、木炭等材料和燃料。直到今天，生物质仍然是一些发展中国家的主要能源和材料来源，而一些发达国家也将生物质作为重要的能源补充，例如：在瑞典和芬兰生物质占到其总能源消费的17.5%和20.4%。 进入工业革命以后，随着煤炭、石油和天然气开采和利用技术的成熟，化石资源逐渐取代生物质，成为了人类社会发展所依赖的原料基础，极大地促进了人类社会的进步。19世纪中期，美国90%的燃料供给来自于生物质，而到19世纪末20世纪初，这一局面彻底改变了，化石资源占据了绝对主导地位。 另一方面，化石资源的肆意开采和大量使用不仅造成了化石资源的短缺，更加剧了生态环境的日益恶化。人类在享受社会进步成果的同时也在承受着工业文明的“后遗症”。 进入二十一世纪，资源的枯竭和环境的恶化迫使人类重新回到可持续的发展道路上，并且将目光重新投向曾经赖以生存和发展的生物质资源。然而原始的粗放式的生物质利用方式已经无法满足当前人类发展的需求，我们必须以现有的生物质资源为研究对象，借鉴化石资源利用的成功经验，提出生物质综合利用的可行性路线，发展新型高效的生物质利用技术，从而实现生物质替代化石资源促进人与自然和谐发展的美好愿景。 1.1.1生物燃料简介 生物燃料顾名思义就是指由生物质转化得到的燃料，包括：生物乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物质热解油、生物质颗粒、木炭、沼气、H2、合成气(CO+H2)以及由合成气制备的甲醇、高级脂肪醇、二甲醚和烷烃等。 按照生物燃料生产原料的来源划分，可以将其分为第一代生物燃料和第二代生物燃料。第一代生物燃料以粮食作物为原料生产燃料，最典型代表为玉米乙醇；而第二代生物燃料则是以农作物废弃物为原料，如纤维素乙醇、微藻生物柴油。很明显，第二代生物燃料较其前辈在化学组成和燃料使用方面并没有区别，但是原料的选择却决定了第二代生物燃料不会产生“与人争粮，与粮争地”的困境，是未来生物燃料发展的正确方向。必须指出的是目前第二代生物燃料仍然停留在实验室和示范工厂阶段，并没有真正的进入燃料市场，要实现第二代生物燃料的大规模工业化生产还有许多的技术瓶颈需要突破。 目前，面向车用燃料生产发展的生物燃料技术主要包括：生物乙醇技术、生物柴油技术、直接液化技术和间接液化技术。 以粮食为原料生产乙醇是一项传统的技术，工艺上已相当成熟,但其生产受到粮食安全等社会因素的制约。目前，我国燃料乙醇的生产能力达132万吨/年，成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国，国内的乙醇生产基本上都是利用淀粉和糖蜜等为原料。利用农作物秸秆为代表的各类木质纤维类生物质原料替代粮食资源的燃料乙醇技术，被认为是未来解决燃料乙醇原料来源问题
纤维素酶的研究进展及应用前景
纤维素酶的研究进展及应用前景 摘要 我国近年来在纤维素酶研究应用领域取得了很大进展。纤维素酶是一组能够分解纤维素产生葡萄糖的酶的总称，按照功能可以分为内切葡糖聚酶，外切葡糖聚酶和β-葡聚糖苷酶。它在纺织，酿酒，食品与饲料行业的市场潜力是巨大，受到国内外业内人士的看重。本文综述了纤维素酶的组成，结构，分类，理化性质与作用机理，阐明了生产纤维素酶的微生物种类，纤维素酶的发酵工艺及高效分解菌。介绍了纤维素酶的特性，重要意义，在各领域的应用，并对其未来研究趋势进行了展望。 关键字：纤维素酶研究应用 前言：因为资源枯竭、能源短缺及环境污染等问题日益加剧，世界各国都在寻找开发新能源。纤维素类物质是自然界中分布最广泛、含量最丰富、生成量最高的有机化合物，也是自然界中数量最多的可再生类质。但这些纤维素大部分没有被开发，造成巨大的资源浪费和环境污染。近年来关于纤维素酶的基础研究获得了显著的进展，主要包括酶的组成部分和结构、发生降解的机理、基因的克隆和表达、酶的发酵和生产、应用等方面。由此可见生产纤维素酶对人类生存环境的改善和可持续发展有着举足轻重的地位。 1，纤维素酶的来源和分类 纤维素酶的最主要来源是微生物，用其生产是最为有效和方便的。不同微生物合成的纤维素酶在组成上差异明显。对纤维素的降解能力也不尽相同。细菌与放线菌生产的纤维素酶产量均不高，在工业上很少应用。而真菌具有产酶的诸多优点：产酶能力强，产生的纤维素酶为胞外酶，便于酶的分离和提取，且产生纤维素酶的酶系结构较为合理；酶之间有强烈的协同作用，降解纤维素的效率高。纤维素酶是一类能够把纤维素降解为低聚葡萄糖、纤维二糖和葡萄糖的水解酶。根据纤维素酶的结构不同，可把纤维素酶分为两类：纤维素酶复合体和非复合体纤维素酶。纤维素酶复合体是一种超分子结构的多酶蛋白复合体，由多个亚基构成。由四个部分构成：脚手架蛋白、凝集蛋白和锚定蛋白结合体、底物结合区域和酶亚基。非复合体纤维素酶主要由好氧的丝状真菌产生，如子囊菌纲和担子菌纲等的一些种属。它是由不同的三种酶所构成的混合物，即内切葡聚糖酶、外切葡苷糖酶和B一葡萄糖苷酶。 2，纤维素酶的组成与结构 因为种类和来源的不同，纤维素酶的结构存在较大差异，但是通常均具有2
纤维素酶的结构与功能综述
研究生课程作业（综述）题目：纤维素酶的结构与功能 食品学院食品工程专业 学号 学生姓名 课程食品酶学 指导教师 二〇一三年十二月
纤维素酶的结构与功能 摘要：人类的生命活动离不开酶，生物体的一切新陈代谢活动都离不开酶，并且工业酶产业正在迅速发展。本文简单阐述了酶的结构与功能，重点以纤维素酶为例子，阐述它的来源、结构、分类、催化机制以及在各行业的应用，并对纤维素酶的发展前景作了一定展望。 关键词：纤维素酶结构家族功能 The structure and function of cellulase Abstract:Human's life activities is dependent on the enzyme,and all the metabolic activity of organisms cannot leave the enzyme, and industrial enzyme industry is developing rapidly.This article simply expounds the structure and function of enzymes.The key to cellulose enzyme as an example,expounds its source,structure, classification,catalytic mechanism and application in various industries,and lastly expect the development prospect of cellulase. Keywords: cellulase structure family function 1
纤维素酶在食品发酵工业中的应用
纤维素酶在食品发酵工业中的应用 1 纤维素酶在白酒生产中的应用 在白酒的传统酿造工业中，一般使用淀粉和其它糖类的物质如玉米、高粱、大麦等作为原料，结合稻壳、谷糠、高粱壳等辅料可以保持酒醅的松软度，在此基础上再添加一定量的糖化剂，使原料可以被酵母所利用。糖化剂在酿酒工艺中被称为曲或酒曲，曲是一种培养基，可以培养多种霉菌，累积不同的粗制酶类，如淀粉酶、磷酸化酶、脱羧酶等，白酒生产中最常用的曲为麸曲。之后再细致的将原料粉碎成末，将配料与之混合后，蒸煮至糊化后冷却，经历拌醅后便可入窖发酵，发酵一定时间后进行蒸酒便可以获得传统酿造的白酒[1]。 在白酒发酵生产中应用纤维素酶，可以有效提高原料的利用率及白酒的出酒率，其原因可能是有以下三方面：一是纤维素酶对纤维素类物质具有降解作用，例如其可以降解植物细胞壁的结构，使细胞内部所含有的淀粉类物质得到释放，利于糖化酶作用，提高了原料中可利用的淀粉含量，起到了节约原料的作用；其二薯干等淀粉质原料中含有1%-3%的纤维素和半纤维素，故在纤维素酶的作用下淀粉质原料可以分解生成可发酵的糖类，原料中碳源的含量的上升，白酒的出酒率也将得到提高；此外，纤维素酶还在白酒生产中的蒸煮过程与糖化过程中有效的降低了醪液的粘度，这有利于醪液的发酵，并且对醪液的运输提供了便利[2,3]。 将纤维素酶应用于酿酒中，生产时每使用10kg的原料，可在原有酿造基础上增加1-1.5kg的酒量，节约原料20%，其生产出的酒杂醇油含量比较低，而杂醇造成是白酒中苦涩味的主要来源，其减少将会使酒味更加醇香。在白酒酿造中，原料中含有的纤维素类物质较多，使用纤维素酶后，部分纤维素会降解生成葡萄糖，这些葡萄糖会与淀粉产生的糖类一起经由酵母分解而绝大部分转化为酒精，提高出酒率3%-6%，而纤维素和淀粉的利用率也将提高到90%[2,3]。以大曲酒为例，李旭晖等[4-6]的研究发现，在大曲酒的固态发酵中添加适量的纤维素酶后，以相同工艺为标准发酵27天后，每100kg原料大约可以增加出酒量6kg-15kg，出酒率可提高1.6倍。
生物技术生产纤维素酶及其应用研究进展
Vol.15,No.18精细与专用化学品第15卷第18期 Fine and Specialty Che m icals2007年9月21日技术进展 生物技术生产纤维素酶 及其应用研究进展 刘 颖3 张玮玮 (哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江哈尔滨150076) 摘 要:简要介绍纤维素酶的酶学性质、降解机制、生产工程菌的选育、纤维素酶的应用情况,以及对纤维素酶生产与应用方面存在的问题和未来发展趋势进行了分析与探讨。纤维素酶在食品、酿造行业、农副产品深加工、饲料、医药、环境保护和化工等领域有着非常广阔的应用前景和应用潜力。我国纤维素酶的生产及应用研究近年来取得了很大进展,今后必将在应用深度和广度上进一步扩展。 关键词:纤维素酶;发酵;克隆;生物技术 Cellul a se Produced by B i otechnology and Its Appli ca ti on Progress L I U Ying,ZHAN G W ei2w ei (College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin150076,China) Abstract:The enzy mol ogical p r operties of cellulase,degradati on mechanis m,the selecting culture of engineering m i2 cr oorganis m and the app licati on p r os pect of bi otechnol ogy in cellulase industry are intr oduced briefly.The existing p r oble m s in cellulase p r oducti on and app licati on and the devel opment trend in the future are analyzed and discussed.The p r os pect and potential of app licati ons of cellulase are wide,es pecially in the fields of f ood industry,fer mentati on industry,deep2p r o2 cessing of far m ing p r oducts,f orage,medicine,envir on mental p r otecti on and che m ical industry.A great p r ogress has been made in the cellulase devel opment and app licati on recently in China,and in the future it will be certainly expanded deep ly and comp rehensively. Key words:cellulase;fer mentati on;cl one;bi otechnol ogy 纤维素是地球上数量最大的可再生资源,微生物对它的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。纤维素酶(Cellulase)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称。纤维素的生物转化与利用对当前世界能源危机、粮食短缺和环境污染等问题具有重要的意义。近年来,我国纤维素酶的应用研究十分活跃,已筛选到一批高产菌株。随着分子生物学、遗传工程的迅猛发展,国内外均在尝试应用基因工程技术来改造和构建高效纤维素降解菌。这些菌具有独特的酶学性质,扩大了纤维素酶的应用范围。根据纤维素酶遗传特性而构建的高效纤维素分解菌开辟了纤维素酶生产的新途径。 1 维素酶的性质及其降解机制 纤维素酶是一种糖蛋白,它是一个多组分的诱导酶系,采用层析分离和电泳技术等可将纤维素酶分成不同的组分。目前普遍认为,完全降解纤维素至少需要由3种功能不同但又互补的纤维素酶协同作用才能将纤维素水解至葡萄糖,它们是EG(内切葡聚糖酶)、CBH(外切葡聚糖酶)和CB(纤维二糖酶或β2葡萄糖苷酶)。纤维素的降解过程,首先是纤维素酶分子吸附到纤维素表面,然后,EG(内切 ? 8 ? 3收稿日期:2007207212 作者简介:刘颖(19682),女,副教授,研究方向为食品生物技术。
纤维素酶的研究进展与发展趋势
纤维素酶的研究进展与发展趋势 摘要介绍了国内外纤维素酶的研究进展,并简要阐述了纤维素酶研究的发展趋势。 关键词纤维素酶研究进展趋势 纤维素是植物细胞壁的主要成分,广泛存在于自然界,是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。随着世界人口的增长,为解决日益加剧的食品和能源危机,纤维素资源的利用引起了世界各国的极大关注和高度重视。纤维素酶能够有效地分解天然纤维素,是解决能源危机,食品和饲料紧张及环境污染等问题的重要途径之一。 1 纤维素酶的研究 在自然界中,绝大多数的纤维素是由微生物通过分泌纤维素酶来进行降解的。早在l850年,Mifscherlich己经观察到微生物分解纤维素现象。但纤维素酶的研究则是从1906年Seilliere在蜗牛消化液中发现了分解天然纤维素的酶,以后才逐渐开始的。1912年Pringsheim从耐热性纤维素细菌中分离出纤维素酶。1933年Grassman分辨出了一种真菌纤维素酶的两个组分。1954年,美国陆军Natick 实验室开始研究军用纤维素材料微生物降解的防护问题,后来发现纤维素经微生物降解后,可产生经济、丰富的生产原料,并且有望解决自然界不断产生的固体废物问题,于是纤维素酶得到了广泛的关注。 50年代,纤维素酶工作转向纤维素酶本身的性质、作用方式、培养条件、测定方法等研究。l958年,美国华盛顿大学Fry等人用酶水解非淀粉多糖,从那时起,纤维素酶的研究在世界许多国家迅速推广,特别在产纤维素酶的微生物选育、培养条件、纤维素酶的性质、纤维素酶的分离、提纯和协同作用方面的研究进展较快。60~70年代,Nisizawahe Woo等人对绿色木霉和黑曲霉的纤维素酶做了大量的研究,将纤维素酶分成不同组分,并进行了鉴定。70~80年代开始利用诱变等育种手段对产纤维素酶的微生物进行了改造,提高其产酶活性。80年代以后,人们开始利用遗传工程从分子生物学水平对纤维素酶生产菌株进行诱变育种,并对纤维素酶蛋白质的氨基酸序列及其分离纯化等方面进行了深入细致的研究。目前,对纤维素的酶法转化研究最多的是美国、丹麦、俄罗斯、日本和芬兰,并且获得了一些优良的纤维素酶生产菌,并以纤维素制糖为主要目标,分别建立了中试工厂。 2 纤维素酶的水解机制
《纺织品生物酶加工》结课作业
《纺织品生物酶加工》结课作业 题目: 纤维素酶在生物抛光中的应用研究 学院: 纺织与材料学院 专业班级:轻化工程2013级班 学生姓名: 李朝龙 学号: 41301030205
一、纤维素酶的来源及分类 1.纤维素酶的来源 1.1.来源于微生物的纤维素酶 （1）真菌类 分解纤维素的真菌主要来自丝状真菌，其菌丝穿透能力强，降解速率快。如木霉属、青霉属、根霉属、漆斑霉属、毛壳霉属等，还有后期研究发现的一些其他类型的真菌类纤维素酶。 （2）细菌类 细菌产生的纤维素酶一般需要在最适PH为中性至偏碱性环境下发挥作用。细菌中产纤维素酶活力较强的菌种，大致分为发酵厌氧型、好氧型和好氧滑动菌型三大类。 （3）放线菌类 对于放线菌研究者们关注度并不高，其繁殖缓慢，降解纤维素能力均弱于真菌和细菌。但放线菌具有独特的优势，其分泌的胞外酶多数具有一定的耐碱低性，能够在强碱性条件下仍保持较高活性，其单细胞结构简单，便于遗传分析等。目前研究较多的是高温放线菌，主要包括纤维放线菌，诺卡氏菌属和链霉菌等一些菌种。 1.2.来源于动物的纤维素酶 动物性纤维素酶是指动物内源性纤维素酶。自然界中，某些动物如草食性动物白蚁、食木蟑螂、蜗牛、天牛和线虫等也可以产生纤维素酶。 1.3.来源于植物的纤维素酶
植物的细胞壁主要由纤维素组成，纤维素能抵抗植物高渗透压，发挥支撑作用，并且在植物发育的不同阶段起到水解细胞壁的作用，如，果实成熟蒂柄的脱落等过程，会伴随着细胞壁降解的发生，所以纤维素酶同样广泛存在于植物中H1。但现今植物中提取纤维素酶的方法尚不成熟，提取的酶含量和纯度都不理想，因此植物不作为纤维素酶的主要来源。 1.4.来源于其他的纤维素酶 主要是一些食用菌类，以及一些组织培养基等。 2.纤维素酶的分类 纤维素酶一般可以分为以下三类： （1）葡聚糖内切酶：能在纤维素酶分子内部任意断裂β-1，4糖苷键。 （2）葡聚糖外切酶或纤维二糖酶：能从纤维分子的非还原端依次裂解β－1，4糖苷键释放出纤维二糖分子。 （3）β－葡萄糖苷酶：能将纤维二糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。 二、纤维素酶的作用机理 纤维素酶的作用机制相对复杂，到目前为止依旧没有完全弄清。除了各个组分对纤维素分子的分解作用外，现在越来越多的研究表明纤维素酶的各种组分之间存在着协同作用。不过，纤维素酶的水解作用，大体上可以分为以下几步： (1) 酶分子从水相转移到纤维的表面； (2) 酶分子与纤维表面结合，形成E+S的复合物； (3) 把水分子转移到酶与底物复合物的激活位点；
纤维素酶的应用现状与前景
纤维素酶的应用现状与前景 【摘要】:本文阐述了纤维素酶的理化性质及其作用机理, 在此基础上重点讨论纤维素酶在食品业、农牧业、纺织业、造纸业等领域的应用, 对纤维素酶的来源及潜在应用价值作了展望。 【关键词】:纤维素酶; 固体发酵; 液体发酵；应用 The Application And Prospects of Cellulase [Abstract]: The physical and chemical properties of cellulase are elaborated in this thesis. On this basis, focusing on the Application of cellulose in the food industry, agriculture, textiles, paper, and other fields .In the same time looking in the future of The source and potential value of cellulase. [Keywords]: cellulase, Solid fermentation, Fermentation, Applications 纤维素类物质是地球上产量巨大而又未得到充分利用的可再生资源。纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称, 在食品、饲料、医药、纺织、洗涤剂和造纸等众多的工业领域有广泛的应用价值。从酶的作用特性出发可分成两大类: 碱性纤维素酶和酸性纤维素酶。纤维素酶的组成比较复杂,通常所说的碱性纤维素酶是具有3～10 种或更多组分构成的多组分酶。根据其作用方式一般又可将纤维素酶分为3 类: 外切β- 1, 4-葡聚糖苷酶( 简称CBH) 、内切β- 1, 4- 葡聚糖苷酶( 简称EG)和β- 1, 4- 葡萄糖苷酶( 简称BG) 。在这3 种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖。到目前为止, 还没有能够在碱性条件下分解天然纤维素的纤维素酶。碱性纤维素酶是一种单组分或多组分的酶,
纤维素酶的基因克隆研究进展
纤维素酶的基因克隆研究进展 摘要：纤维素酶是一种高活性生物催化剂，具有广阔的开发和应用前景。本文对纤维素酶的特性、研究进展、应用以及纤维素酶基因克隆等方面进行了综述，并对今后的研究趋势作了预测和展望。 关键词：纤维素酶；分子生物学；基因克隆；前景展望 前言 纤维素是植物细胞壁的主要成分，约占植物干重的1/3—1/2，它是地球上分布最广、含量最丰富、生成量最高的有机化合物。纤维素的利用与转化对于解决目前世界能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有十分重要的意义。利用纤维素酶将纤维素彻底水解是纤维素的有效利用途径。纤维素酶(cellulase)是指能水解纤维素β—l，4葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。近年来对纤维素酶的基础研究，包括酶的氨基酸序列、基因的克隆与表达、酶蛋白的空间结构与功能以及酶蛋白的基因调控等诸多方面，并且均取得了显著进展。由于纤维素酶在饲料、酒精、纺织和食品等领域具有巨大的市场潜力，已被国内外业内人士看好，将是继糖化酶、淀粉酶和蛋白酶之后的第四大工业酶种，甚至在中国完全有可能成为第一大酶种，因此纤维素酶是酶制剂工业中的一个新的增长点。 1.1 纤维素酶的组成 纤维素酶是由许多高协同作用的水解酶组成的，根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4,即C1酶），来自真菌的简称EG,来自细菌的简称Cen、外切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase，EC.3.2.1.91），来自真菌的简称CBH,来自细菌的简称Cex) 和β-葡聚糖苷酶（β-1,4- glucosidase，EC.3.2.1.21）简称BG。 (1)外切葡聚糖酶，这类酶作用于纤维素分子的末端，一次从纤维素分子中切下纤维二糖，它可以作用于纤维素分子内的结晶区、无定形区和羧甲基纤维素。对于外切纤维素酶，传统上认为是从纤维素链的非还原端切下纤维二糖。可是，从一些微生物的外切酶的研究中发现了另一种纤维素酶，它们优先从纤维素分子的还原末端切下纤维二糖。这些研究说明存在两种不同功能的外切酶，它们分别从还原端和非还原端水解纤维素分子[ 1 ]。 （2）内切葡聚糖酶，这类酶是纤维素酶中最重要的酶，可作用于纤维素分子内的无定形区，随机水解糖苷键，将长链纤维素分子截短，产生大量的小分子纤维素，即纤维素末端。
纤维素酶在乙醇工业中的生产应用及其生产现状
纤维素酶在乙醇工业中的生产应用及其生产现状 摘要：纤维素是世界上最丰富的生物资源，纤维素经过转化为乙醇，可以从根本上解决目前的能源危机，而纤维素酶在这一转化过程中起着关键的作用。本文论述了纤维素酶的分类、结构及作用机制，纤维素酶的研究现状、工业生产及展望。 关键词：纤维素酶；纤维素；乙醇工业；生物能源 中图分类号：TQ925.9 X382 1.引言 植物通过光合作用,生产地球上最丰富、最廉价的纤维素资源,有资料表明,全世界每年的植物体生成1500亿吨干物质,其中纤维素及半纤维素的总量为850亿吨[1]。随着能源危机的加剧，各国政府都在寻找石油等不可再生能源的替代物，而研究发现，纤维素转化成糖类，在转化清洁能源乙醇是可行的，其前景十分诱人。但当前实现这一转化的技术瓶颈是纤维素酶的工业化生产成本过高。因此降低纤维素酶工业化生产成本就成了世界各国科学家研究的重要课题之一。 2. 纤维素酶的分类及作用机理 2.2.纤维素酶的分类 纤维素结构的复杂性决定了任何单一种酶都难以有效地降解它,需要一个复杂的酶体系共同作用。早在1950年,Reese 等人就提出了C1-Cx概念, 经过30多年来的研究,特别是近年来蛋白质分离及纯化技术的不断改进,分离得到的纤维素酶越来越多,每种酶作用的机理越来越明确。现已确认纤维素酶主要分为3大类:内切-1,4葡聚糖酶,即 endoglucanase,EC 3.2.1.4,简称内切酶,又称 Cx 酶,来自真菌中的简称EG ,来自细菌的简称Cen;外切β-1,4 葡聚糖水解酶,即exo-1,4-D -glucanase,EC3.2.1.9l, 即外切型葡聚糖酶,也称C1酶、外切酶,来自真菌的简称CBH ,来自细菌的简称Cex;β-葡萄糖苷酶,即 1,4-glucosidase,EC 3.2.1.21,简称βG ,也称纤维二糖酶。 2.3.作用机理 虽然对纤维素酶的作用机制没有完全搞清,但就目前研究所得其大致过程为：C1酶主要作用于天然纤维素，使之转变为非结晶的纤维素。CＸ酶又分为CＸ1酶和CＸ2酶两种。C Ｘ1酶是一种内断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子内部作用于β-（1，4)糖苷键，生成纤维糊精与纤维二糖。CＸ2酶是一种外断型纤维素酶，它从水合性纤维素分子的非还原端作用于β-（1，4)糖背键，逐步切断β-(1,4)糖节键生成葡萄糖。纤维二糖酶则作用于