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
在生物机械法制纸浆过程中，利用纤 维素酶能有效地节约精炼过程中的能耗， 并且能提高手感硬度。人们利用纤维素酶 和半纤维素酶混合物来改变纤维属性，以 期提高造纸厂的排水，打浆性能及效率。 同时可以改变成纸的物理性能，提高纸张 的抗张指数、压缩性和透明度。在实验室 和实验工厂人们已经深入研究了酶法去除 墨溃，但是这项技术还没有商业化。
放线菌中的分枝杆菌和原放线菌几乎不产纤维素 酶或产量极低，产量稍高的主要是黑红旋丝放线 菌（Actinomyces melanocyclus）、玫瑰色放线菌（A. melanocyclus） roseodiastaticus） roseodiastaticus）和纤维放线菌（A. cellulosae）。 cellulosae） 现在用于生产纤维素酶的微生物大多属于真 菌，因为真菌产生的三类纤维素酶，能分泌到菌 菌，因为真菌产生的三类纤维素酶，能分泌到菌 体外，一般不聚集形成多酶复合体，但相互发生 强烈的协同作用。研究较多的有木霉属、曲霉属、 强烈的协同作用。研究较多的有木霉属、曲霉属、 青霉属、根霉属和漆斑霉属。
二、纤维素酶的研究
自从 1904 年在蜗牛消化液中首次发现纤 维素酶后，人类对其研究经历了三个发展时期： 第一阶段是 20世纪80年代以前，主要工作是利 用生物化学的方法对纤维素酶进行分离纯化。 但由于纤维素酶来源广泛，组分复杂，纯化甚 为困难，进展缓慢。
第二阶段是 1980 年至 1988 年，主要工作是 利用基因工程的方法对纤维素酶的基因进行克隆 和一级结构的测定。其中里氏木霉的内切酶和外 切酶、粪肥纤维单胞菌的内切酶和外切酶、热纤 梭菌的内切酶的基因己被克隆和测序，并在大肠 杆菌，酵母菌等载体中得到表达。 第三阶段是利用结构生物学及蛋白质工程的方 法对纤维素酶分子的结构和功能进行研究，包括 纤维素酶结构域的拆分、解析、功能性氨基酸的 确定、水解的双置换机制的确定、分子折叠和催 化机制关系的探讨。
乙醇的生产及应用研究进展
乙醇的生产及应用研究进展乙醇是具有燃烧完全、效率高、用途广等特点的可再生能源。
本文简要综述了生产乙醇的几种新技术，主要包括以玉米、小麦等为原料的淀粉类技术、以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技术及以农、林废弃物等为原料的纤维素类技术；较详细地阐述了乙醇在医药、食物、燃料、饮料、化工等领域的应用研究。
最后，展望了乙醇的应用发展前景。
标签：乙醇生产应用进展面对化学能源短缺以及使用化学燃料导致的大气污染、酸雨、温室效应等一系列环境问题，人类已着手开发用包括核能、风能、太阳能、氢能、生物质能源在内的各种绿色替代能源。
在生物质能源中，作为替代性再生能源之一的乙醇，具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，因此具有巨大的发展潜力。
世界重要经济体近30 年来大力发展燃料乙醇，美国、巴西走在世界前列，两国燃料乙醇产量占世界的69%以上。
现阶段我国生产燃料乙醇的原料以玉米为主（占50%以上），其次是薯类（占23%），其余是高粱、小麦、糖蜜等。
乙醇除了做燃料，还有许多其它用处，如：作为有机合成的原料；各种化合物结晶的溶剂；洗涤剂；萃取剂；食用酒精可以勾兑白酒；用作粘合剂；硝基喷漆、清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料；还可以做防冻剂、消毒剂等。
一、乙醇的生产技术1.淀粉类技术—玉米乙醇技术美国具有比较成熟的由玉米制备乙醇的技术，主要有两种传统方法，一是湿法碾磨。
美国约40%的乙醇用湿法碾磨生产。
将玉米浸泡在具有二氧化硫的水中24h至36h，使籽粒能分离（Separate）成为四个组成部分：胚、蛋白质、纤维质和淀粉。
分离反应出现后，淀粉就发酵成乙醇，而剩下的三种组分则作为诸如玉米面筋粉和玉米面筋饲料等副产品出售。
这些都是被看作比较值钱的副产品。
二是干法粉碎。
干法粉碎总共约占美国乙醇生产的70%。
加工随着玉米被精细碾磨并被烧煮开始，淀粉被发酵并转化为乙醇，而玉米的三个不能发酵的部分（蛋白质、纤维质和脂肪）则被运送经过这个过程，并作为一种称作带可溶物的干酒糟（distillers dried grains with solubles）DDGS的饲料产品，在结束时回收。
纤维素酶在食品工业中的应用
纤维素酶在食品工业中的应用随着人们对食品安全、营养、健康和美味的日益重视，食品已经不仅仅只是满足人们生存的基本需求品，食品工业正在向着更安全、营养及美味的方向发展。
因此，酶作为一种高效生物催化剂，正以它独特的优势代替传统的化学制剂，越来越广泛地应用在食品工业。
酶工业已成为我国最具发展潜力的新兴产业之一。
01PART概述纤维素酶是能将纤维素水解成葡萄糖的一组酶的总称。
纤维素酶来源非常广泛，除了真菌外，各种原生动物、圆虫类、软体动物、蚯蚓、甲壳类、昆虫、藻类、真菌类、细菌以及放线菌等都能产生纤维素酶。
02PART纤维素酶的应用1.酱油酿造的应用酱油是大豆蛋白酶水解产物。
酱油酿造主要是利用蛋白酶和淀粉酶等酶类对原料进行酶解，若再使用纤维素酶，可使大豆等原料的细胞膜膨胀、软化、被破坏，使包藏在细胞中的蛋白质、碳水化合物释放，这样就可以缩短酿造时间，提高产率，提高产品的品质，使产品的氨基酸还原糖含量增加。
2.啤酒生产的应用在啤酒生产过程中，使用纤维素酶后，可将淀粉和纤维素转化为糖，然后经酵母分解全部转化为酒精，出酒率可提高3%~5%，淀粉和纤维素利用率高达90%。
利用纤维素酶水解啤酒糟，将酶解液和残渣分别进行有效利用，可大大提高啤酒糟的经济效益和环境效益。
3.果蔬加工的应用在果蔬加工过程中，为了使植物组织软化膨润，一般采用加热蒸煮、酸碱处理等方法，会造成果蔬的香味和维生素损失。
用纤维素酶进行果蔬处理可避免上述缺点，同时可使植物组织软化膨松，从而提高其可消化性并改良口感。
4.茶叶加工的应用速溶茶传统的生产工艺是采用沸水浸泡茶叶以提取茶叶细胞中的有效成分，如氨基酸、糖、咖啡因、皂甙、茶多酚、茶香成分及色素等，再经低温冷冻干燥。
若用纤维素酶先对茶叶进行适当处理，既可降低固定化产酶温度，缩短抽提时间，提高速溶茶的品味，又可提高得率。
5.油料作物加工的应用纤维素酶在油料作物加工中也起着非常重要的作用。
传统上一直采用压榨法或有机溶剂法生产油类产品，其产品质量差、产量低、操作时间长，同时不可避免有机溶剂残留。
纤维素同步糖化发酵生产乙醇
纤维素同步糖化发酵生产乙醇孙武举;翁海波;李萍萍;晋果果【摘要】[目的]利用微生物方法生产乙醇,从而替代化石能源.[方法]土曲霉M11利用纤维素为原料产酶并糖化纤维素成还原糖,利用酿酒酵母发酵生成乙醇.[结果]通过对土曲霉M11生长条件的研究,确定了土曲霉M11的最佳培养时间是3d,最佳接种量为200μl,最适培养湿度为80%,最适培养温度为45℃,最适培养pH为3.0,此条件下可获得最大的产酶量.通过对糖化过程的研究,确定了纤维素酶的最适糖化温度为55℃,最适pH为5.0,此条件下可获得较高的还原糖量,且在酸性条件下酶活力较高,具有很好的热稳定性.通过发酵.还原糖量占原材料干重的62.42%,产生的乙醇占原材料干重的21.36%.[结论]此方法可以应用于工业发酵生产乙醇,有利于保护环境、降低成本、提高社会效益,有很好的应用价值.%[Objective] The ethanol was produced by means of microbiological processes for the replacing approach of energy source. [ Method] The reducing sugar was produced from the cellulose, which was saccharified by the enzyme that was from the cellulose as raw material was acted by Aspergillus teneus-Mll,,and the ethanol was produced based on the fermentation of yeast. [ Result] The experimental result indicated that the optimal culture condition of Aspergillus terreus-Mll growth was that the best time was 3 days,the best inoculation was 200 μl,the optimal culture humidity was 80% ,the optimum temperature was 45℃ and the optimal culture pH was 3.0,under which condition,the largest amount of enzyme-producing was available. And the experiment in the glycation process of cellulase showed the optimal temperature was 55 ℃ and the optimum pH was 5.0,under which conditionthe production of reducing sugar,which enzyme activity under acidic condition was higher and had good thermal stability,was relevantly high. By fermentation,the reduced sugar accounted for 62.42% of the dry weight of raw material and the produced ethanol accounted for 21.36% of dry weight of raw material. [Conclusion] This method could be used for the production of ethanol at the basis of industrial fermentation with die environmental protection,cost-reducing and high social benefit,which application value was very good.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2011(039)018【总页数】5页(P11018-11021,11126)【关键词】同步糖化发酵;土曲霉M11;乙醇;废纸;酶活性【作者】孙武举;翁海波;李萍萍;晋果果【作者单位】郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001;郑州大学生物工程系,河南,郑州,450001【正文语种】中文【中图分类】Q93木质纤维素是自然界中最丰富、最廉价的可再生资源，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，这些物质是陆生植物细胞壁的主要组分［1］，约占植物组织平均干重的35% ～50%［2］。
秸秆做乙醇面临三大挑战
秸秆做乙醇面临三大挑战目前，国内由于玉米价格上涨而导致肉、蛋等食品价格过度上涨的严峻现实，使人们对要限制粮食乙醇盲目发展这一点有了进一步的认识。
针对有人把发展生物质乙醇的原料寄希望于秸秆等纤维素原料的说法，近日出席北京科博会中国能源战略高层论坛的一些专家表示了不同的看法。
中国工程院院士、清华大学教授倪维斗和国家发改委能源研究所可再生能源发展中心主任王仲颖等专家认为，现在有一种说法，是想用秸秆及其他纤维素来制造乙醇。
但这还是有问题。
一是技术问题。
这一技术还没有成功，能不能搞成还很难说。
去年美国总统说要凭借美国的技术实力，在6年之内攻克纤维素制乙醇技术。
但据最近我们与美国研究能源的人士了解，20年来美国政界人士至少已说过四五次这样的豪言壮语了，但纤维素制乙醇技术还是一直没有攻克，这次恐怕也悬。
二是污染问题。
纤维素制乙醇是通过水解、生物发酵来进行的，生产过程中要产生大量的废水。
纤维素乙醇生产过程中产生的污染，比目前造纸的污染要严重。
造纸是1吨纤维素可以造1吨纸，而生产1吨乙醇却要消耗四五吨纤维素，多消耗就要多排放。
现在国内搞纤维素乙醇，切不能重蹈过去发展造纸导致环境污染的覆辙。
三是成本问题。
即使纤维素制乙醇技术过关了，也难过成本关。
还是与造纸产业比较，1吨秸秆可以造1吨纸，四五吨秸秆才能制1吨乙醇，而1吨纸与1吨乙醇的销价大体差不多，原料成本却差了四五倍。
现在国内造纸产业都不愿用秸秆为原料，主要是因为原料的大规模收集与运输的费用过高，难道燃料乙醇用秸秆为原料能过成本关？专家们认为，比较科学和经济的办法是提倡秸秆还田，增加土地的有机质，减少氮肥的使用，改善耕地质量。
农业专家的研究表明，我国耕地增碳减氮的问题亟待解决。
多余的秸秆，应该就地加工，生产沼气、颗粒燃料等，这类燃料燃尽率高，使用方便，污染小，是解决广大农村燃料问题的有效途径。
这样，可以把目前农村普遍低效使用的煤替换出来，用于高效、低污染的大型电力、化工企业作原料和燃料。
纤维素酶及其应用
２ １ 年第 ２ ０１ 期
６月 出版
杜翠娇 ， ： 等 纤维素酶及其应用
７
晶区域 ，随机切割纤维素多糖链 １ 一糖苷键 ，产 ，４ 生不同长度的有非还原末端 的小分子纤维素；外切
先使用适 当的纤维素酶处理后再干燥脱水 ，可以避 免 因热烫 、酸碱处理 等造成 的营养 物质损失 。另
摘
要
介绍 了纤维素酶的来源、组成功能、作用机理及其在食品等各个领域的应 用研究，并展 望其发展
纤维 素酶 ；应 用 ；食 品加 工
前景。
关键 词
Ａｂｓ ｒ ｔ Ｔｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ， ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｆ ｃｉ ｎ ， ｒ ａ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｔ ａｃ ｅｒｓｕ ｃ ｓ ｏ ｏ ｉ ｏ ｕｎ ｔｏ ｓ ｉ ｅ ｃ ｉ ｃ ａ ｉｍｓ， ａ ｄ ｉｓａ ｌ ａｉ ｎ ｉ ｈｅｆ ｏ ｒ ｃ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｐｐ ｉ ｔ ｎ ｔ ｏ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｎｇ ｃ ｏ
３ 纤维素酶的应 用
目 ，纤维素酶已经被广泛地应用于多个领 前 域 ，主要有食品、酿酒、环保 、饲料加工、纺织 、 农业、 日 化等方面。
３１ 水 果 和蔬 菜 加工 ． 由于植 物 细胞 壁 的 主要 成分 是 果胶 、纤 维素 和
的得率 ，同时还可保持茶叶原有的色香味。
３４ 活性 物质 的提取 ．
物 ，如淀粉 、蛋 白质 、脂肪 白酒 及其 酒精 生产 ．
以纤维素为原料发酵生产酒精 ，使用 的是二段 法，即先用纤维素酶将纤维素糖化 ， 再经酵母发酵成 酒精。若在发酵过程中同时接人酒精发酵的酵母，酵 母会将产生的葡萄糖立刻发酵成酒精 ，从而消除了葡 萄糖对纤维素酶的抑制作用 ，此称为一步法 （ 同 或称
国内外纤维素乙醇技术进展研究
１ 国 外 纤 维 素 乙 醇 技 术 进 展
１ １ 木 质 纤 维 素 预 处 理 技 术 ．
物 ， 要 水 洗 环 节 ， 污 水 处 理 类 似 草 浆 造 纸 产 业 ， 个 大 需 且 是 问 题 。而 稀 酸 蒸 爆 中 木 质 纤 维 素 不 会 产 生 抑 制 物 和 污 染 问
ＮＯ ．８， ２０１ １
现 代 商 贸 工 业 Ｍ ｏ ｅｎ Ｂ ｓ ｅｓ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄ ｒ ｕｉ ｓ Ｔ ａｅＩ ｕｔ ｎ ｎ ｒ
２ １ 年 第 ８期 ０１
国 内 外 纤 维 素 乙 醇 技 术 进 展 研 究
吴 镇 江
（中 国石 油 天 然 气 股 份 公 司 炼 油 与 化 工 分 公 司 ， 京 １ ０ ０ ） 北 ０ ０ ７
学 利 用 核 能 、 出 生 存 危 机 、 脱 发 展 困境 寻 找 一 条 现 实 而 密 切 关 系 。美 国 曾 批 评 俄 罗 斯 参 与 建 设 上 述 核 电 站 的 做 法 走 摆 有效 的途径 。 是 “ 纣 为 虐 ” 但 后 来 改 变 立 场 ， 为 建 设 该 核 电站 将 让 伊 助 ， 认 朗 失 去 独 立 开 展 浓 缩 铀 提 炼 工 作 的 借 口 。 可 见 核 技 术 作 为 ３ 核 电 技 术 的 意 识 形 态 性 — — 垄 断 性 和 政 治 化 政 治 目的 的 重 要 性 。 ３ １ 核 电 技 术 的 垄 断 性 隐 含 独 裁 、 权 意 识 ． 集 近 日， 日本 希 望 参 与 中 国 核 电 站 建 设 ， 日本 产 业 经 济 省 核 电 技 术 就 是 将 核 能 转 变 成 商 用 电 力 的 技 术 ， 电 技 核 决 定 ，将 积 极 支 援 中 国 等 亚 洲 国 家 的 核 电 站 建 设 ” 由 于 “ 。 术 的 客 体 是 核 能 源 ， 能 源 属 于 国家 战 略 性 资 源 ， 于 这 种 核 鉴 日本 公 司 在 争 取 建 设 北 京 到 上 海 的 高 速 铁 路 项 目上 遇 到 阻 特 殊 性 ， 有 涉 及 核 资 源 的 开 发 、 用 以及 处 理 过 程 都 关 系 所 利 日本 公 司 能 否 大 量 获 得 中 国 核 电 站 建 造 合 同 还 存 有 疑 到 国家 核 能 力 的 发 展 战 略 ， 时 也 关 系 到 国 家 的 战 略 安 全 。 力 ， 同 问 。但 是 不 能 否 认 日本 此 举 具 有 明 显 的 政 治 意 图 。 因 此 ， 资 源 以 及 由 此 产 生 的 核 技 术 一 般 都 由 政 府 实 行 严 核 核 电 技 术 政 治 化 的 一 个 重 要 原 因是 核 电 技 术 涉 及 多 学 格 的 控 制 。 同 样 ， 电 技 术 作 为 对 核 资 源 开 发 、 用 的 一 种 核 利 科 领 域 ， 就 容 易 形 成 知 识 霸 权 。知 识 霸 权 的 存 在 使 有 核 这 形 式 和 手 段 也 受 到 政 府 的 管 制 ， 有 明显 的 国 家 垄 断 性 。 具 即 核 电 产 业 属 于 国 家 战 略 型 产 业 ， 负 着 能 源 供 应 与 能 强 势 国家 对 无 核 弱 势 国 家 形 成 一 种 统 治 ， 形 成 一 种 非 均 肩 源 结 构 调 整 战 略 的 重 任 。核 电 产 业 一 般 都 由 政 府 直 接 管 理 衡 结 构 。 核 电 技 术 发 展 优 势 国 家 有 意 识 的 阻 碍 核 电 技 术 的 防 和 经 营 ， 有 垄 断 性 ， 时 也 隐 含 着 独 裁 及 集 权 意 识 。 另 转 让 ， 止 技 术 的 传 播 。 当 今 世 界 科 技 优 势 在 很 大 程 度 上 具 同 国 外 ， 电 产 业 需 要 专 用 的 原 料 供 应 、 门 的 设 备 制 造 及 电力 意 味 着 权 力 上 的 优 势 ， 家 知 识 实 力 的 提 高 直 接 带 来 了 经 核 专 济 实 力 的增 强 ， 而 改 变 其 在 国 际 权 力 角 逐 中 的 地 位 。 另 从 上 网 线 路 ， 以 具 有 明 显 的 自然 垄 断 特 性 和 网 络 特 性 。 所 外 ， 于 核 技 术 可 以应 用 于 军 事 领 域 ， 对 地 区 稳 定 造 成 危 由 会 ３ ２ 核 电技 术 的 政 治 化 ． 害 ， 就 要求核 电技术 的传播 和转移需 要严 格的审查评 估 。 这 核能 发电始 于上个 世纪 ５ Ｏ年 代 ， 过 半 个 多 世 纪 的 发 经
酶制剂在工业上的应用现状与展望
《酶工程》课程论文学院：材料与化工学院专业班级：2011级生物工程（2）班姓名：李丹丹学号：20110412310047评阅意见评阅成绩评阅教师：2014年6月12日酶制剂在工业上的应用现状与展望姓名：李丹丹学院和专业：材料与化工生物工程2班摘要：酶制剂是一类特殊的食品添加剂，具有催化高效性，专一性等显著特点。
文章综述了食品工业中酶制剂利用及新动向，包括淀粉糖、油脂、蛋白质加工、面包、啤酒、饮料工业以及改善苦味的酶类的应用。
并介绍了酶与食品的关系、酶制剂在食品生产中用于保藏、改善质量和增加营养价值、增加品种种类、提高便捷性和提高食品生产效率等作用,还介绍了酶制剂在饲料中的应用。
并对酶制剂在食品工业中和在动物饲料方面的发展方向进行展望。
关键词：酶制剂食品工业饲料工业应用1.酶制剂的简介酶是一类具有专一性生物催化能力的蛋白质。
而从生物体中提取的具有酶活力的制品，称为酶制剂。
酶制剂主要用于食品加工和制造业方面，它在对提高食品生产效率和产量、改进产品风味和质量等方面有着其它催化剂所无法替代的作用。
另外，酶制剂在日化、纺织、环境保护和饲料等行业也有着较广泛的应用。
随着发酵工业的发展，酶制剂的主要来源已被微生物所取代，它具有不受季节、地区和数量等因素影响的特性，还具有种类多、繁殖快、质量稳定和成本低等特点。
随着微生物育种技术的发展，酶制剂的种类越来越多，分类也越来越细。
目前我国已工业化生产的、且用于食品工业的酶制剂主要有：淀粉酶、异淀粉酶、果胶酶和蛋白酶等，它们在食品加工中都起着十分重要的作用。
当然，尽管目前我国酶制剂行业的发展已有了长足进步，但与发达国家相比，还有很大差距。
为进一步加快酶制剂产业技术的进步，今后应注重在调整产品结构、增加新品种、提高产品质量和竞争力、实现规模化经营和拓宽应用领域等方面作深入的研究。
2．酶制剂在食品工业中的应用利用淀粉酶可以将淀粉水解为葡萄糖或不同DE值的淀粉糖浆，再经过葡萄糖异构酶的作用产生果葡糖浆；果胶酶用于果汁的加工和澄清，可提高果酒的得率，改善澄清效果，加快过滤速度；乳糖酶可分解牛奶中的乳糖，提高人体对牛奶的消化性；脂肪酸可改进食品风味；蛋白酶可用于蛋白胨和氨基酸混合液的制造，生产糖果使用的蛋白发泡剂，用在面包、糕点和通心粉的生产上可缩短揉面时间、增强面团延伸性和改进产品质量，用在肉类加工上可嫩化肉类、软化肠衣和提高质量，用在乳酪制造上可缩短生产时间等。
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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。CＸ1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纤维二糖，生成葡萄糖。再由葡萄糖发酵生成乙醇，发酵工艺我国在酿酒工艺已经积累了丰富的经验，已无技术性瓶颈。 3. 纤维素酶生产工艺 3.1固体发酵法[2-3] 固体发酵法是以玉米、稻草等植物秸杆为主要原料，投资少，工艺简单，产品价格低廉。然而固体发酵法存在着根本上的缺陷，不可能像液体发酵那样随着规模的扩大，成本大幅度下降。以秸杆为原料的固体发酵法生产的纤维素酶很难提取、精制。目前生产厂家只能采用直接干燥粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂，产品外观粗糙，成品质量不稳定，杂质含量高。劳动强度大、生产效率低，易污染杂菌。国内外对木霉纤维素酶的研究较多，但木霉一方面毒性嫌疑大，使之应用受到限制;另一方面普遍存在着a-葡萄糖昔酶活力偏低的缺陷，致使纤维二糖积累，影响了酶解效率。有人采用在木霉纤维素酶中添加曲霉的件葡萄糖昔酶，提高了纤维素酶的降解能力。 3.2液体发酵法[4-5] 液体发酵生产工艺过程是将玉米秸杆粉碎至20目以下后进行灭菌处理，送发酵釜内发酵，同时加人纤维素酶菌种，发酵时间约为70h,温度控制低于60`C，采用净化后的无菌空气从釜底通人进行物料的气流搅拌，发酵完的物料经压滤机压滤、超滤浓缩、喷雾干燥、制得纤维素酶产品。其工艺流程如下:
液体发酵法动力消耗大，设备要求高，但原料利用率高，生产条件易控制，产量高，劳
动强度小，产品质量稳定。液体深层发酵的方法具有培养条件容易控制，不易染菌，生产效率高等特点。纤维素酶活力的测定方法很多，CMC糖化力法在研究和实际生产中应用比较普遍[6]”。 4. 国内外纤维素酶研究情况 4.1.国外研究现状 纤维素酶发现较早, 1906年Seillier在蜗牛的消化液中发现纤维素酶,能分解天然纤维素,1933年Grassman等研究了一种真菌的纤维素酶系,分辨出2个组分, 20世纪40-50年代,对产生纤维素酶的微生物进行了大量的分离筛选,建立起较为完整的分离筛选方法。20世纪60年代后,由于分离技术的发展推动了纤维素酶的分离纯化工作,加快了纤维素酶组分作用方式及诱导作用的研究进展,并且实现了纤维素酶制剂的工业化生产,在应用上取得了一定的成绩。20世纪70年代有些学者提出了纤维素酶的作用必须是多种酶协同作用,才能表现出很强的活性,并提取了这种协同作用的3种酶。目前,世界酶制剂工业发展很快。在世界上只有少数发达国家达到工业化生产条件,如美国的Miles公司年产2000t，丹麦的NOVO公司年产5750t，荷兰的Cist-Brocade公司年产3870他t,据统计1999年,世界各国纤维素酶产量总和为29893t,而需求量则为45000-50000t[7]。 4.2国内研究现状 我国纤维素酶的研究开始于20世纪60年代初,几十年来,北京、上海、成都、无锡、广东、山东、沈阳等地的大专院校科研院所进行了纤维素酶的研究工作,选育出一批纤维素酶菌种。如1968年北京选育出一批纤维素酶菌种；1970年后中国科学院上海植物生理研究所等单位利用诱变方法获得了产酶能力较高的变异株,并进行了生产试验；1975年广东省微生物研究所分离筛选出纤维素酶产生菌株———长梗木霉；20世纪90年代中国科学院微生物研究所获得一株突变株康宁木霉CP88329。20世纪80年代中期上海就生产出纤维素酶。20世纪90年代初黑龙江省海林市万力达集团公司首条年产2000t纤维素酶生产线投产,我国成为世界继美国、日本、丹麦之后第4个能生产纤维素酶的国家。目前,国内关于纤维素酶的特性、作用机理、培养条件、应用试验等方面的报道文献较多[8]。但到目前为止，我国真正形成生产规模的酶制剂只有α-淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶等3-4个产品,规模生产纤维素酶至今仍未解决,形成不了大批量生产,满足不了市场的需要。因此,丹麦诺和诺德公司（现在的诺维信公司）的酶制剂产品占领了我国的大约50%市场,使进口纤维素酶的售价昂贵。据悉，纤维素生物技术是中国科学院过程工程研究生化工程国家重点实验室的重点研究方向。该所的陈洪章研究员的项目组开展了以秸秆组分分离、纤维素酶固态发酵、秸秆纤维素高浓度发酵分离酒精耦合过程等关键技术的研究，目前已在秸秆酶解发酵燃料乙醇关键技术上取得重大的突破。据统计,我国工业酶制剂销售额只占全世界酶制剂销售额的4%,而淀粉加工工业用酶却占我国整个酶制剂的80%以上。这就充分说明,我国纤维素酶制剂工业潜力很大,且亟待大力研究开发新酶种、新用途、新产品。 5.纤维素酶在乙醇工业应用现状 纤维素乙醇生产有三大转化途径:一种是热化学路线(气化，高温分解)，一种是生化路线，还有一种是纯粹的化学转化，称之为稀酸水解。生化路线是利用特殊的酶分解纤维素释放糖，而化学路线则依靠酸水解木质纤维生物质，水解产物再经发酵生成乙醇。热化学路线和纯粹化学路线转化过程中都有环境污染物产生，因而都不是长久之计。而生化路线的纤维素酶转化既能提高纤维素的转化速率和利用率,从而有利于纤维素乙醇工业转化的推广 ,又能解决因石油等燃料燃烧而产生的环境污染问题,因而纤维素酶产乙醇为种类高效、可再生型和环保型的“绿色”燃料在2l世纪将有着十分广阔的应用前景。 在国外，2002年美国能源部和诺维信合作，资助1480万美元，研究把纤维素和半纤维素酶解成可发酵糖，再发酵制取乙醇。全世界已经有几十套纤维质原料经纤维素酶水解成单糖的中试生产线或小试生产线，大部分是以乙醇为最终主产品。这些试验或试生产机构包括美国陆军Natick研究发展中心、美国加州大学劳伦斯伯克莱实验室、美国阿肯色大学生物量研究中心、美国宾夕法尼亚大学、加拿大Iogen公司、加拿大Forintek公司、法国石油研究院、日本石油替代品发展研究协会、瑞典林产品研究实验室、瑞典隆德大学、奥地利格拉兹大学、芬兰技术研究中心、印度理工学院等。Iogen是加拿大一家生物技术公司，总部设在渥太华，主要开发纤维素酶技术，在2004年开始开设了一家投资约4千万美元的纤维素乙醇厂，是首家纤维质乙醇工业化公司（利用纤维素酶处理纤维素），处于世界领先地位。日本食粮公司、欧洲的Abengoa、瑞典Etek中试乙醇厂等世界大公司都先后在此领域取得了进展。 在国内，上海华东理工大学能源化工系，承担国家863项目的“农林废弃物制取燃料乙醇技术”研究，近年已进入工业性试验阶段。该863项目国家拨款1700万元，专用于“生物质废弃物制取燃料乙醇”技术项目的工业性试验，已建成年产燃料乙醇600t的示范工厂，在上海奉贤完成。1997年，山东大学微生物技术国家重点实验室开展“纤维素原料转化乙醇关键技术”研究。对纤维素酶高产菌的筛选和诱变育种、用基因手段提高产酶量或改进酶系组成、纤维素酶生产技术、天然废物利用策略等研究取得了突破。2006年，中粮集团500吨／年纤维素乙醇试验装置一次开车成功，其中纤维素酶等酶制剂由中粮集团与丹麦诺维信公司联合开发。2002年国家批准吉林燃料乙醇公司、黑龙江华润酒精公司、河南天冠燃料乙醇公司和安徽丰原生化公司四家为首批国家级燃料乙醇产业试点基地。几年,纤维素酶的生化路线应用所产生的良好效果越来越被人们看好,国内对纤维素酶开发应用呈迅猛发展之势。 6.展望 利用纤维素酶催化纤维素转化乙醇作为绿色环保、可再生的能源,具有广阔的应用前景。我国纤维素酶工业经过近几年发展已形成一定规模,但是发展严重迟后,生产和应用方面一些重要技术研究还落后于国外。不能适应行业快速发展要求,面对国外纤维素酶产品正在抢占中国市场的时候,应抓住生物技术这一有力武器, 加紧科技公关，开展纤维素酶生产与应