纤维素酶及其应用综述

杨苏宁

中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221008

随着资源枯竭、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。纤维素是植物材料的主要组成部分，也是地球上数量最丰富的可再生资源。但是这些纤维素大部分没有被利用，造成巨大的资源浪费，还造成环境污染。纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称。利用纤维素酶将纤维素转化为人类急需的能源和化工原料，对于人类社会解决上诉问题具有重大的现实意义[1]。

1 纤维素酶的组成及其来源

纤维素酶的组成比较复杂，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-g1ucan g1ucanohydro1ase或endo-1，4-β-D-g1ucanase，EC3.2.1.4），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-g1ucan ce11obi1hydro1ase或exo-1，4-β-D-g1ucannase，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- g1ucosidase，EC.3.2.1.21）简称BG。

微生物是纤维素酶的最主要来源，其余生物生产的纤维素酶缺乏大规模应用的实际意义，采用微生物生产是最为方便和有效的方法[2]。不同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。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， 是工业生产的主要菌种[3]。如木霉属（Trichoderma）、曲霉属（Aspergi11us）、青霉属（Penici11ium）和枝顶抱雄属（Acremonium）的菌株等就是对纤维素作用较强的菌种。

2 纤维素酶的应用

2.1 在食品业中的应用

纤维素酶可用于谷物和马铃薯中淀粉类的有效分离，果蔬汁及橄榄油的提取，豆类发芽中豆衣的去除，从大豆和叶子中分离蛋白质等方面[4]。它在饮品和调味品的酿造中也有广泛应用。在酱油的酿造过程中添加纤维素酶，既可提高酱油浓度，改善酱油质量，又可缩短生产周期，提高产率。在啤酒生产的大麦发芽过程中加入它可帮助大麦发芽，还可以改进啤酒的过滤性能，有利于酒精蒸馏。而在饮料生产中，它还可促进汁液的提取率，使汁液澄清透明，提高可溶性固形物的含量，并可将果皮渣综合利用。

2.2 在畜牧业上的应用

纤维素酶是畜牧业的一种新型饲料添加剂，能够分解饲料中结构复杂的纤维素，生成易消化的葡萄糖，便于动物吸收。该酶主要有3个作用：1）消除抗营养因素；2）补充内源酶；3）改善胃中微生态平衡。大量试验[5-6]表明，在饲料中添加纤维素酶对各种动物的饲喂效果十分显著。

2.3 在制浆造纸业中的应用

回收利用废纸是我国制浆造纸工业解决原料和环保问题的有效途径。酶法旧纸脱墨可以解决废纸利用过程中的环保及纤维质量下降问题。传统的脱墨方法易使纸的网状结构崩溃，纤维溶胀，纸和墨之间粘接力下降。纤维素酶法旧纸脱墨技术是指利用生物酶代替化学药品处理旧纸， 使油墨从纤维上游离出来，较之旧法具有游离度高、物理性能优、滤水性能好、白度高和残余油墨量低的优点，并且可以缩短脱墨时间[7]，应大力推广应用。

2.4 在生物质能源开发上的应用

资源的日渐枯竭，大规模开发利用可再生资源显得非常重要。而生物质是唯一可以转化为液体燃料的可再生资源，将生物质转化为液体燃料，不仅能够弥补如石油、煤炭、天然气等化石燃料的不足，而且有助于保护生态环境。纤维生物质中的纤维素可被纤维素酶降解生成还原糖，再利用还原糖的发酵来生产具有更强的可持续性的第二代生物燃料-纤维素燃料乙醇。这对解决人类的发展问题具有化时代的意义。目前生物乙醇主要是采用淀粉为原料生产，其成本价较高。为此，以廉价的农作物秸秆等生物废料为原料的纤维素生物乙醇生产技术已成为研究的热点，全球已有几十套中试生产线。我国现在也对生物燃料这方面积极开展科学研究与利用工作。

2.5 在其他方面的应用

纤维素酶也可用于中药的提取。中药酶法提取是选择适当的酶，将细胞壁的组成成分水解或降解，破坏细胞壁结构而提取有效成分。与传统方法相比，该法具有温度低、效率高、无污染等优点[8]。

3 结论

纤维素酶可以安全、高效地降解天然纤维素，这是其它处理方式无法比拟的。特别是在当今能源短缺、污染严重的时代，已经引起全世界的关注，其研究也取得了极大进展。随着研究的不断深入，相信在不久的将来，纤维素酶的应用范围会更加广泛，在更多领域中发挥更大的作用，尤其是在未来生物质能源的开发上。

[1]刘小杰，何国庆，袁长贵.康氏木霉液体摇瓶发酵产纤维素酶的初步研究[J].食品科学，2003，24(1)：125-128.

[2]武秀琴.纤维素酶及其应用[J].微生物学杂志，2009，29(2)：89-92.

[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，2008，8：5-7.

[4]邵学良，刘志伟.纤维素酶的性质及其在食品工业中的应用[J].中国食物与营养，2009，8：34-36.

[5]王振来.高次粉饲粮中添加复合酶制剂对仔猪生长和消化的影响[J].河北畜牧兽医，2005，21(16)：3-4.

[6]周娟，杨焕民，姜宁，等.纤维素酶对肉仔鸡生产性能和营养物质利用的影响[J].黑龙江畜牧兽医，2007，3：42-43.

[7]邵震宇，谢益民.纤维素酶在制浆造纸工业中的应用[J].江苏造纸，2008，2：38-42

[8]王亮，尚会建，杨立彦，等.纤维素酶的应用研究进展[J].河北工业科技，2010，27(6)：441-443，461.