百歐博偉生物工業(yè)纖維素酶成份分析！

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cellulase 是酶的一種，在分解纖維素時起生物催化作用，利用真菌纖維素酶成為提高畜禽生產(chǎn)性能和飼料利用率的重要措施之一。

細(xì)菌、真菌、動物體內(nèi)等都能產(chǎn)生纖維素酶。一般用于生產(chǎn)的纖維素酶來自于真菌，比較典型的有木酶屬(Trichoderma)、曲霉屬（Aspergillus）和青霉屬(Penicillium）。

產(chǎn)生纖維素酶的菌種容易退化，導(dǎo)致產(chǎn)酶能力降低。

纖維素酶在食品行業(yè)和環(huán)境行業(yè)均有廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行酒精發(fā)酵時，纖維素酶的添加可以增加原料的利用率，并對酒質(zhì)有所提升。

由于纖維素酶難以提純，實(shí)際應(yīng)用時一般還含有半纖維素酶和其他相關(guān)的酶，如（amylase）、蛋白酶（Protease）等纖維素酶種類繁多，來源很廣。不同來源的纖維素酶其結(jié)構(gòu)和功能相差很大。由于真菌纖維素酶產(chǎn)量高、活性大，故在畜牧業(yè)和飼料工業(yè)中應(yīng)用的纖維素酶主要是真菌纖維素酶。

一、真菌纖維素酶的種類

自然界中很多真菌都能分泌纖維素酶。由許多具有高協(xié)同作用的酶組成，習(xí)慣上，將纖維素酶分成三類： 內(nèi)切葡聚糖酶(Cx )、外切葡聚糖酶(C1 )、β一葡萄糖苷酶(βG )。

1、C1-酶：這是對纖維素初起作用的酶，它破壞纖維素鏈的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，起水化作用。即C1-酶是作用于不溶性纖維素表面，使結(jié)晶纖維素鏈開裂、長鏈纖維素分子末端部分游離，從而使纖維素鏈易于水化。

2、Cx-酶：這是作用于經(jīng)C1-酶活化的纖維素、分解β-1，4鍵的纖維素酶。主要包括內(nèi)切-1,4-β-葡聚糖酶和外切-1,4-β-葡聚糖酶。前者是從高分子聚合物內(nèi)部任意位置切開β-1,4鍵，主要生成纖維二糖、纖維三糖等。后者作用于低分子多糖，從非還原性末端游離出葡萄糖。

3、β-葡萄糖苷酶：即為將纖維二糖、纖維三糖及其它低分子纖維糊精分解為葡萄糖。

上述三種纖維素酶在分解纖維素時，任何一種酶都不能裂解晶體纖維素，只有三種酶共同存在并協(xié)同作用時，才能完成水解過程。

二、纖維素酶菌種選育

菌種選育是纖維素酶生產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作，國內(nèi)外許多專家進(jìn)行了大量研究，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的纖維素酶產(chǎn)品，王家林等（1996）在吸收國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，先后引進(jìn)了綠色木霉木10、綠色木霉Sn-91014、康氏木霉NT-15、黑曲霉XX-15A，在此基礎(chǔ)上，采用了紫外線、特定電磁波輻射、線性加速器，化學(xué)的誘變方法，獲得了高產(chǎn)菌株NT15-H、NT15-H1、XT-15H、XT-15H1。其中木霉NT-15H固體培養(yǎng)活力經(jīng)輕工部食品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心南京站檢測表明，濾紙活力為3670u/g, C1-酶活力24460u/g，Cx-酶活力1800u/g，已達(dá)到guojixianjin水平。此菌種在工廠化生產(chǎn)中性能穩(wěn)定。張苓花等（1998）采用康氏木霉W-925，J-931，經(jīng)過濃度為2%硫酸二乙酯和紫外線（15W、30cm、2min）復(fù)合誘變后，得到了產(chǎn)酶活性高的Wu-932菌種，該菌種CMC糖化力達(dá)到2975，濾紙?zhí)敲富钚詾?31，比出發(fā)菌W-925分別提高了*和81%。化工部飼料添加劑技術(shù)服務(wù)中心王成書等（1997）采用該中心的里氏木霉A3*行紫外線復(fù)合誘變后，將處理過的孢子接種于纖維雙層平板上，30℃培養(yǎng)5-8天，15℃放置7-10天，挑選透明圈直徑和菌落直徑比較大的單菌落進(jìn)行三角瓶固態(tài)發(fā)酵再篩選，得到了產(chǎn)纖維素酶活力很高的里氏木霉91-3菌株。

纖維素酶菌種易退化，退化后其產(chǎn)酶力明顯降低，其原因可能有三個方面：①經(jīng)誘變篩選的菌種發(fā)生回復(fù)突變。②自然負(fù)突變。③菌種長時間低溫斜面保藏，會在分生孢子上長出次生菌絲，而次生菌絲所形成的分生孢子生命力弱，這可能是菌種退化的主要原因。為了避免纖維素酶菌種退化，張苓花等（1998）報道，采用砂土管保藏菌種。即將過篩洗凈的砂子與土以3：2比例混合分裝在試管內(nèi)，用1kg/cm2壓力滅菌30分鐘共三次，將欲保存的斜面菌種制備成1000ml孢子懸浮液，每個砂土管注入0.5ml，搖勻，放入盛有無水CaCl2真空干燥器內(nèi)保存。經(jīng)測定，在所測的121天內(nèi)，酶的活性基本不變；酶活性下降50%的時間，由常規(guī)方法的60天延長至160天，明顯地減緩了菌種退化速度。

三、發(fā)酵工藝

纖維素酶的生產(chǎn)工藝主要有兩種，即固體發(fā)酵和液體發(fā)酵，其工藝如下(見下頁)：

1、影響產(chǎn)酶量和活力的因素：影響纖維素酶產(chǎn)量和活力的因素很多，除菌種外，還有培養(yǎng)溫度、pH、水分、基質(zhì)、培養(yǎng)時間等。這些因素不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。張中良等（1997）采用均勻設(shè)計Cl12(1210)，以綠色木霉（T.ViriclePers.expr）為菌種，研究了影響產(chǎn)纖維素酶的五大因素對產(chǎn)酶量和活力的作用，認(rèn)為基質(zhì)粗纖維含量為40%、初始pH7.5、加水4倍、在26-31℃條件下培養(yǎng)45h可獲得大產(chǎn)酶量26mg/g和CMC酶活力20mg/g·h。王成華等（1997）也研究了其誘變篩選的里氏木霉91-3的產(chǎn)酶條件，結(jié)果表明該菌種以7：3的秸稈粉和麥麩，另添加4%硫酸銨、0.4%磷酸二氫鉀、0.1%為jia培養(yǎng)基，28-32℃為適宜培養(yǎng)溫度，30℃為jia溫度，4%為jia接種量，96h到達(dá)發(fā)酵高峰。張苓花等（1998）研究了以康氏木霉W-925為出發(fā)菌，經(jīng)誘變后得到的Wu-932纖維素酶高產(chǎn)菌的jia發(fā)酵條件。結(jié)果表明，以1：2的麥麩和稻草粉為培養(yǎng)基，5%的接種量，稻草粉碎平均長度3-5mm，初始pH4-5，溫度在28-35℃，發(fā)酵時間72h為jia發(fā)酵條件。

2、污染菌的控制：在用康氏木霉發(fā)酵生產(chǎn)飼用纖維素酶中，普遍存在一種俗稱的“白毛菌”污染。污染后輕者酶活性下降，重者發(fā)酵失敗。為此，研究控制發(fā)酵污染意義很大。張苓花等（1998）研究“白毛菌”的菌落特征、來源、生長和生理特征及控制方法，找到了一種與康氏木霉Wu-932呈共生關(guān)系，而與“白毛菌”呈競爭性抑制關(guān)系的熱帶假絲酵母菌J-931。利用此菌進(jìn)行混合發(fā)酵，可有效地控制“白毛菌”的污染。其微生態(tài)關(guān)系如下：

四、纖維素酶在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

常見的畜禽飼料如谷物、豆類、麥類及加工副產(chǎn)品等都含有大量的纖維素。除了反芻動物借助瘤胃微生物可以利用一部分外，其它動物如豬、雞等單胃動物則不能利用纖維素。國內(nèi)外利用真菌纖維素酶成為提高畜禽生產(chǎn)性能和飼料利用率的重要措施之一。

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