微生物纤维素酶及其降解纤维素机理的研究进展
降解酶对环境污染物降解的作用研究
降解酶对环境污染物降解的作用研究随着工业化和城市化的发展，环境污染问题日益严重。
各类污染物如化学物质、有机物、重金属等，对人类的健康和生态系统造成了严重的威胁。
其中，有机物污染物是一种较为普遍的环境污染物，主要来源于各种工业废水、农业排放、家庭污水等。
它们具有高毒性、难以降解、易积累等特点，对生态环境和人类健康构成了重大威胁。
因此，研究一种高效的处理污染物的方法就变得尤为重要，其中降解酶的使用是一种非常有效的方法。
1. 降解酶的概念和作用首先，简单介绍一下降解酶的概念和作用。
降解酶是一种能够有效分解各种有机物质的酶，它能够将复杂的有机分子分解为简单的无机物，使其变得更易于处理和吸收。
降解酶的使用非常广泛，可以用于各种废水处理、土壤修复、生产等领域。
它具有处理速度快、高效、不污染等优点，是一种非常重要的处理污染物的方法。
2. 降解酶的分类和作用机制降解酶可以分为多种类型，如脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶等。
每种降解酶都有其专门作用的分解物种。
以脂肪酶为例，它主要作用于脂肪类物质。
蛋白酶主要分解蛋白质，纤维素酶主要降解纤维素等。
降解酶分解污染物的机理比较复杂，但其主要分为两个步骤：首先是酶与底物的结合，形成一个酶-底物复合物；其次，酶与底物发生反应，通过活性中心作用将底物分解成小分子物质。
3. 降解酶在不同领域的应用降解酶在废水处理方面的应用比较广泛。
例如，将含有有机物的废水注入生物反应器中，添加适量的降解酶，可以快速分解污染物，达到净化水质的目的。
同时，在农业方面，降解酶可以用于土壤修复，分解土壤中的农业残留物、化肥等，提高土壤肥力。
4. 降解酶的研究进展近年来，随着科技的不断进步和环境污染问题的愈加突出，降解酶的研究也取得了很大的进展。
重点研究的方向主要包括环境中有机物的降解机理、降解酶的分离纯化及其性质研究、降解酶的启动机制等。
在研究中，不少学者通过改进降解酶的性质，提高其反应速度，增大其表面积，使降解酶的降解效果更加理想。
木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究
在最新的研究中，研究者们通过优化蒸汽爆破参数，如温度、压力和时间等， 实现了更高效的木质纤维素预处理。此外，他们还研究了不同类型木质纤维素原 料的蒸汽爆破效果，为优化预处理条件提供了参考。
木质纤维素生物转化的研究进展
生物转化是一种利用微生物或酶将木质纤维素降解为有用物质的过程。近年 来，木质纤维素的生物转化研究取得了显著进展。研究者们致力于提高转化效率、 优化转化条件以及发掘新型转化方法。
2、纤维素乙醇的制备方法
制备纤维素乙醇的方法主要包括酶解法、酸催化法和生物法等。其中，酶解 法具有反应条件温和、产物纯净等优点，但酶解效率较低，成本较高。酸催化法 虽然反应速度快，但需要使用大量酸碱，对环境造成污染。生物法具有环保性和 可持续性，但发酵时间较长，需要经过多次迭代。各种方法各有利弊，需要根据 实际应用场景选择合适的制备方法。
3、反应器设计
反应器设计是木质纤维素生物转化生产纤维素乙醇过程中的重要环节。合理 的设计可以保证反应的效率、产物质量和产量。反应器设计需遵循的原则包括： 设备选型要满足生产规模和工艺要求；反应环境应有利于微生物的生长和代谢； 还需考虑设备的材质、耐高温高压性能等。同时，反应器设计还需结合实验数据 进行优化，以实现最佳效果。
未来展望
木质纤维素原料生物转化生产纤维素乙醇过程的关键技术研究对于实现能源 可持续发展具有重要意义。未来，随着科学技术的不断进步，以下几个方面可能 成为研究重点：
1、高性能酶的开发：通过基因工程等技术手段，开发具有高活性和稳定性 的酶制剂，以提高木质纤维素的酶解效率。
2、高效转化技术的研发：进一步优化生物转化技术，提高木质纤维素的转 化率和产量，降低成本。
关键词：木质纤维素，蒸汽爆破 预处理，生物转化，研究进展
淀粉酶 纤维素酶
淀粉酶纤维素酶淀粉酶和纤维素酶是两种常见的酶类，它们在生物体内起着重要的作用。
本文将分别介绍淀粉酶和纤维素酶的定义、功能、应用以及相关领域的研究进展。
一、淀粉酶淀粉酶是一种能够水解淀粉和糖类物质的酶。
它在生物体内起着重要的消化和代谢作用。
淀粉是植物细胞中的主要能量储存形式，而淀粉酶能够将淀粉分解为葡萄糖分子，以供生物体进行能量代谢。
淀粉酶主要存在于口腔和胰腺中，参与食物的消化过程。
在口腔中，淀粉酶主要由唾液腺分泌，通过唾液进入口腔，与食物中的淀粉发生反应，将淀粉分解为可溶性糊精和葡萄糖。
在胰腺中，胰岛细胞分泌淀粉酶进入小肠，进一步分解食物中的淀粉。
淀粉酶的应用十分广泛。
在食品工业中，淀粉酶能够将淀粉分解为糖类物质，用于制作糖浆、酒精等产品。
在纺织工业中，淀粉酶可用于浆料的脱除，提高织物的柔软度和光泽度。
此外，淀粉酶还被广泛应用于生物化学研究、医药领域以及环境保护等领域。
二、纤维素酶纤维素酶是一类能够降解纤维素的酶。
纤维素是植物细胞壁的主要成分，但由于其结构复杂，常常难以被生物体直接利用。
纤维素酶能够将纤维素水解为可溶性纤维素和糖类物质，为生物体提供能量。
纤维素酶主要存在于微生物和真菌中。
微生物如细菌和真菌是纤维素分解的主要产生者，它们能够分泌纤维素酶来降解纤维素。
纤维素酶可分为纤维素酶I和纤维素酶II两类，它们具有不同的水解机制和酶活性。
纤维素酶的应用也非常广泛。
在生物质能源领域，纤维素酶被广泛用于生物质转化过程中的纤维素降解，以提高生物质能源的利用效率。
此外，纤维素酶还在纸浆工业、饲料工业、纺织工业等领域有着重要的应用。
近年来，淀粉酶和纤维素酶的研究取得了一些重要进展。
科学家们通过对淀粉酶和纤维素酶的结构和功能进行深入研究，不断挖掘其潜在的应用价值。
例如，通过基因工程技术改造淀粉酶和纤维素酶的基因，可以获得更高效的酶制剂。
同时，研究人员还通过筛选和优化酶制剂，提高了淀粉酶和纤维素酶的催化效率和稳定性。
纳米纤维素增强可生物降解聚合物的研究进展
China Pulp &Paper Vol.40，No.2，2021·纳米纤维素·纳米纤维素增强可生物降解聚合物的研究进展侯磊磊1，2陈京环1，2，*刘金刚1，2，*（1.中国制浆造纸研究院有限公司，北京，100102；2.制浆造纸国家工程实验室，北京，100102）摘要：本文综述了纤维素纳米晶体（CNC ）和纤维素纳米纤丝（CNF ）在增强可生物降解聚合物中的研究进展。
主要介绍了两种纳米纤维素及其制备方法，阐述了纳米纤维素的增强机理和复合材料的构筑方法，详细论述了纳米纤维素在增强聚乳酸（PLA ）、热塑性淀粉（TPS ）、聚己内酯（PCL ）应用的研究进展。
最后简要分析了纳米纤维素增强可生物降解聚合物在规模化和产业化上面临的挑战，并展望了其应用前景。
关键词：纳米纤维素；纳米复合材料；可生物降解聚合物；改性中图分类号：TS72文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.02.007Research Progress of Nanocellulose Reinforced Biodegradable PolymersHOU Leilei 1，2CHEN Jinghuan 1，2，*LIU Jingang 1，2，*（1.China National Pulp and Paper Research Institute Co.，Ltd.，Beijing ，100102；2.National Engineering Lab for Pulp and Paper ，Beijing ，100102）（*E -mail ：jinghuanchen@ ；liujgang@ ）Abstract ：This paper summarized the research progress of the applications of cellulose nanocrystal （CNC ）and cellulose nanofibril （CNF ）in enhancing biodegradable polymers.Two kinds of nanocellulose material and their preparation methods were introduced.The strengthening mechanism of nanocellulose material and the preparation methods of composite materials were elaborated.In addition ，this paper demon‐strated the research progress of nanocellulose in the application of reinforcing polylactic acid （PLA ），thermoplastic starch （TPS ）and poly‐caprolactone （PCL ）.Finally ，the challenges of the scale -up and industrialization of nanocellulose material reinforced biodegradable poly‐mers were briefly analyzed ，and its application potential was prospected.Key words ：nanocellulose ；nanocomposite ；biodegradable polymer ；modification 由石油基聚合物制成的塑料制品如聚乙烯（PE ）、聚氯乙烯（PVC ）、聚丙烯（PP ）等具有易于加工、成本低、强度高、阻隔性能好、透明度高等优点[1]，已被作为基础材料广泛应用于众多领域。
纤维素酶的研究进展及前景展望
株 。由 于放 线菌 纤 维 素 酶 的产 量极 低 ， 以研 究 很 少 。细 所 菌 纤维 素 酶 产量 也 不 高 ． 要 是 葡聚 糖 内切 酶 ． 多 数 对 主 大 结 晶纤 维 素 没有 降 解 活性 ，且 所产 生 的酶 是 胞 内酶 或 吸 附 在细 胞 壁 上 ， 分 泌到 培 养液 中 ， 加 了提 取 纯 化 的难 不 增 度 ． 以工业 上 很 少采 用 细 菌作 为 生 产 菌种 。 目前 ， 于 所 用 生产 纤 维素 酶 的微生 物 较 多 的是 丝状 真 菌 ，其 中酶 活 力 较 强 的 菌种 为 木 霉 、 陆霉 、 霉 和青 霉 ， 木 霉 属 菌 种 居 根 以 多 ． 为典 型 的有里 氏木 霉 、 色 木霉 、 氏 木霉 ． 目前 较 绿 康 是 公 认 较 好 的纤 维 素酶 生 产 菌 。 研究 最 清 楚 的是 里 氏木 霉 。 现 已制成 制 剂 的有 绿 色 木霉 、 陆霉 、 刀霉 以及 拟青 霉 黑 镰 和 斜 卧青 霉 等生 产 的纤 维 素 酶 。
性 比中 间键 小 ． 不改 变 产 物 的构 型 。 并
石 油 开采 、 水 处 理及 饲 料 等各 个 领域 ， 应 用 前 景 十 分 废 其
广阔一
１纤维 素 酶 的 特性
纤维 素 酶 在 自然界 分 布极 为 广 泛 。 昆虫 、 体 动 物 、 软 高等 植物 、 细菌 、 放线 菌 和真 菌都 能 产生 纤 维 素 酶 。反 刍 动 物 的瘤 胃以及 猪大 肠 中也 有 分 解 纤维 素 的 细菌 存 在 。 纤 维 素 酶 不 是 单 种 酶 ，而 是 起 协 同 作 用 的 多 种 酶
区 ， 能 作 用 于分 子 排 列 不整 齐 的 非结 晶区 。 也
纤维素酶在青贮饲料中的作用及其基因克隆的研究进展
（． １
Ｌ￣ｒｔ ｙｏ ｇｉ ｌｒｌ ａ ａ ｒ Ａ ｒ ｕ ｕａ Ｂ ｏ ｆ ｃｔ
ｆＴｃｎｌ ｙ Ｓ ｉ ｏ ｅＵ ｉ ｒｔ， ｉ￣ ｇ ８２ ０ ， ｈ ａ ２ ｅ ｏ ｇ ， ｈ ｈｔ ｎ ｅ ｉ Ｘｎ ｎ ３０ ３ Ｃ ／ ； ． ｈ ｏ ｈ ｚ ｖ ｓｙ ｊ ｎ
Ｉ ｔｕ ｃ ｂ ｌ ， ， ｎ ｉ ｔ ｏ Ｍｉｏｉ ｇ ｓｔ ｅ ｆ ｒ ｏｙ ｏ
Ａａｅ ｙ ｏ ｇ／ ／ ｒ／Ｓ／ ｃ ， Ｕｕ ｑ ３０ １ ｈｎ ３ 咖 ｃｄｍ Ａ ｒｕ ｕａ ｃ ｎｅ ｆ ｃｔ ｅ ｓ ｒｍ ／８０ ９ ，Ｃ ｉ ａ； ．
西 ， 砌ｇＲ ｓ ｒ ｅｔ ｆｒ ｃｏｉ ｇ Ｅ ｔｍ ａｉｔ Ｕｕ ｑ ３０ １ ｅ ａｃ Ｃ ｎ ｒ ｏ ｒｂ ｌ ｙｏ ｘ ｅｅＨ ｂａ ， ｒｍ ｉ ０９ ， ｌ ） ｅ ｈ ｅ Ｍｉ ｏ ｏ ｆ ｒ ｔ ８ 口
ｔｉ ａ ｅ ，ｔ ｅｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｉ ｅ，ａ ｄ ｔ ｅｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｏ ｅ ｌｓ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｔ ｆｓｌ ｉ ｃ ｇ ａ ｎ ｈ ｏ ｏ ｉｏ ｆｅ Ｕｕａ ｅ，ｔｅｒ ｌ ｅ ｕ ａｅ ｉ ｅ ｓｌｇ ｎ ｅ ｉ ｈ ｏｅｏ ｅ Ｕ ｌｓ ｎ ｔ ｉ ｅａ ｄ ｔ ｆ ｈ ａ ｈ ｃ ｒｅ ｔｐ ｏ ｅｓｏ ｅ ｌｓ ｅ ｅ ｃｏ ｉｇ ｗｅｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｕ ｒｎ ｒｃ ｓ ｆｃ Ｕｕａ ｅ ｇ ｎ ｌｎｎ ｒ ｎ ｒｄ ｃ ｄ． Ｋｅ ｒ ｓ ｓｌ ｅ ｅ ｌ ｌｓ ； ｅ ｅｃｏ ｉｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｇ ａ ； ｅｌ ａ ｅ ｇ ｎ ｌｎ ｎ ｕ
木质纤维素资源高效生物降解转化中的关键科学问题研究
项目名称：木质纤维素资源高效生物降解转化中的关键科学问题研究首席科学家：曲音波山东大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部山东省科技厅二、预期目标总体目标：提出3-5套新的木质纤维素类生物质生物转化液体燃料和化学品的生物炼制技术方案，培养一支高水平的基础研究和技术开发队伍，最终为在我国建立大规模利用木质纤维素资源转化液体燃料和大宗化学品的新型工业体系，实现社会经济可持续发展提供理论与技术基础。
五年预期目标：1）通过阐述植物生物质抗生物降解的组成和结构特征，建立起改造纤维生物质组成和结构以提高降解效率的理论体系；解析预处理技术对提高纤维生物质降解性的结构基础，提出高效、经济和实用的预处理技术方案；2）研究微生物对天然或预处理后底物的降解机理，特别是纤维素解聚机理、去结晶化途径以及提高纤维素酶的持续化降解能力的途径等，探讨采用现代系统生物技术，从复杂纤维质降解多酶体系中，筛选和发现新的高效、耐逆、适合工业要求的纤维质降解酶类；为降解不同的木质纤维素资源研制出低成本且高效的复合酶系；3）选育适于转化纤维质糖分为平台化合物的微生物，研究其代谢调控机理与机制，指导构建高效代谢工程菌，研究定向转化平台化合物的过程及相关产品的利用途径；进而通过对预处理、产酶、酶解和发酵的反应动力学、工程学和方法论的研究，将预处理技术、生物反应与分离过程耦合起来，提出新的生物炼制技术方案。
4）从木质纤维素生物降解转化角度，构建纤维素降解和糖转化利用的数据库，其中包括木质纤维素原料组成与结构特征、纤维素降解微生物类群与特性、纤维素酶、半纤维素酶和木素酶及复合酶系，新型糖代谢的功能微生物等，建立专门的信息共享平台和网站，为实现大规模降解转化木质纤维素资源提供理论、技术和信息支撑。
五年的可考核指标:提出2-3种新的高效、低能耗、少抑制物的预处理方案；筛选到5-10种新的关键酶或非酶降解因子，构建出高效的纤维素降解酶系，使酶解转化率大于90%；使吨乙醇用酶成本从2000元以上降到800元以下；构建出能全糖共利用、表达纤维降解相关酶组分的统合生物加工工程菌株3-5株，发酵性能达到国际先进水平；综合前述进展，设计出多技术集成、全组分利用、多产品选择、经济上有竞争力的木质纤维素生物炼制技术路线3-5条；发表相关研究论文200篇以上，包括SCI影响因子超过5的论文5-10篇，总影响因子超过300；三、研究方案1）学术思路：以研究植物木质纤维素类生物质对生物降解的抗性屏障及其破解之道为核心，深入研究微生物的多种多样的降解天然纤维的策略，探索人类干预生物降解过程，认识降解产物的复杂性，提高其降解转化效率，实现全部降解糖类的代谢转化，使之转而为人类可持续发展服务的可能途径。
纤维素分解菌应用研究进展
３ 酶 ： 种 为 纤 维 素 水 解 酶 ， 够 从 种 一 能
纤 维 素末 端 开 始 以纤 维 二 糖 为 单 位切
变 化 ， 于 动 物来 说 。 使 机体 采 食 速 对 可
度 、 物质进食量 、 料 转化率 、 干 饲 日增
人 们 对 它 的开 发 和 利 用 十 分 有 限 ， 秸 秆 资 源在 我 国 的 利 用 率很 低 ｊ 。在 生
发酵 饲 料 一直 都 是研 究 的热 点 。 １ 。 从 微 生 物 特 性 研 究 发 现 纤 维 素 ４ 分 解 菌 之 间 的形 态 、 理 生 化 、 学 性 生 酶
降解 转 化 为 糖 、 乙醇 、 甲烷 等容 易利 用
的小 分 子有 机 物 是 当 前 国 际上 的重 大 课题 之 一 ［ 目前 纤 维 素 能 被 彻 底分 解 一。 ６ １ 而 无 污染 的一 条 有效 途径 是利 用 微 生
物 能 源方 面 ．以 植 物 纤 维 为 原料 生 产 燃料 乙醇 能 节 约 大量 淀 粉 资 源 ， 降低 燃料 乙醇 的成 本 。 如何 将 纤 维 素物 质
断 纤 维 素 ； 种 是 Ｃ 组 份 ， 够 把 非 晶 一 ｘ 能 体 的 纤 维 素 任 意 水 解 ； 一 种 是 Ｂ 葡 另 一
萄 糖苷 酶 。这 些 酶 单 独 存 在 时 降解 纤 维 素 的 能 力 比较 差 ，但 同时 存 在 时 则
表 现 出很 强 的 活 性 。
重 等显 著 提 高 ，同 时 饲 料 的 营养 价 值 增加 ， 料 的利 用 率 提 高 ， 饲 从而 可 增 加 经 济效 益 。因 此 分 离 筛选 纤维 素 分 解 菌并 将 其 应 用 于 实 际 ，生 产高 效 生 物
纤维素酶发酵工艺的研究进展
Ａｄｖ ｎｃ ｓｉ ｒ ｅ ａ ｉｎ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆＣｅｌ ｌ ｓ ａ ｅ ｎ Ｆｅ ｍ ｎｔｔｏ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏ ｌｕ ａ ｅ
Ｚ Ｎ ｉ —ｎ Ｅ Ｇ Ｑｎ ｌ ，ＷＡ ＧＺ ｉ ｏｇ （ ｉ ｎｎ ｏａｉ ａ Ｔ ｃ ｎｃｌ ｏ ｅｅ ｇａ Ｎ ｈ— ｎ Ｘ ａ ｉｇＶ ｃｔ ｎ ｌ ｅｈ ｉ ｌ ｇ ，Ｘ ａｎｎ ４ ７ ０ ，Ｃ ｉａ ｙ ｎ ｏ ａＣ ｌ ｉ ｉ ｎ ｇ ３ １０ ｈｎ ）
纤维素酶是指能水解 纤维素 Ｂ １４葡萄糖 苷键 ，将 ．， 纤维素降解成纤维二糖 和葡 萄糖的一组酶 的总称 。纤 维 素酶 的研究开发是利用新世纪 的可再生 资源— —纤维 素
的关 键 ，是 缓 解 人 类 当前 面 临 的 “ 食 、能 源 、环 境 ” 粮
纤维素酶发酵 生产 的重点之一是将 ２种 以上产酶微 生物一起接种进行混合 发酵 ，利用它们所产各 纤维素酶 系 的互补作用 ，生产 出优质高效的混合纤维素酶 。
菌… 。优 良的诱 变菌种 ，是纤维素酶发 酵生产 菌的另一 来源。韩 峰等 以 拟康 氏木 霉 （ ｒｈｄｒ ａｐｅｄｋｎ Ｔｉ ｏｅ ｓｕ ｏｏ — ｃ ｍ ｉ ｉ Ｔ ｎ ｉ Ｈ为出发菌株 ，采 用 紫外 诱 变获 得 １株 抗 高浓 ｇ） 度 葡萄糖 阻 遏 突变 株 ｕ ＶⅢ，纤 维 素 酶产 量 显 著提 高 。 ｕ ＶⅢ对诱导物 的敏 感性 增 加 了 １０倍 ，并且 对 葡 萄糖 ０ 的吸收能力 明显 下降 ，使得该菌解除 了部分葡 萄糖 的阻
活达最 大 值 １． ３ Ｕ ｍ ０ ５ ／ Ｌ时 的最 佳 组合 条件 ：豆 饼 粉 Ｉ
３ １％ ，麸 皮 ２ ９ ％ ，Ｋ ，Ｏ ．５ ，Байду номын сангаас ｉ ｌ ． ９ 。 ．８ ．５ ＨＰ ４ ２％ ０ ｖ ｅ３７％ ｃ
纤维素酶的发酵研究进展
３ 纤 维素酶 发酵 的方 法
３１ 纤维 素 酶 的 发酵 培 养基 选 择 ．
除菌株的选择外 ， 发酵培养基 的配置 、 发酵方法 的选择及发 酵条件 的控制也是影响纤维素酶制备效率和制备成败 的关键 。 纤 维素酶是诱导酶 ， 发酵过程 中纤维 素酶的大量合成必须 有 诱导物的作用。纤维素 、 纤维低 聚培养及其它结构类 似物均 可作为纤维素酶 的诱 导物 ， 因此 ， 于纤 维素酶发 酵制备 的培 用 养基 ， 首先必须 加人这些物质。 为降低成 本 ， 简化诱导物的制备 工艺 ，通常采用富含这些 物质 的原料 （ 包括植物纤 维原料 、 废
纸、 各种酒糟 、 培、 乳 淀粉水解糖等） 作碳源 ， 使产酶过程 中充 当
碳 源的物质 同时起着诱 导物的作 用。除碳 源外 ， 还要加人适 当
的氮源 ， 同时注意碳氮 比的合理搭 配 ， 因为低碳氮 比将导致培
养初期菌体的过快 生长 和对碳 源消耗 过快 ， 高碳氮 比将 由于氮 源不 足而出现菌体生长 繁殖太 慢。微晶纤维 素粉ｆｖｅ１ Ａ ｉｅ） 和麸 皮 是里 氏木 霉 ＷＸ１ ２发酵生 产纤维素 酶 比较 理想 的廉 价碳 １ 源 ， 维素酶也 有着较好 的诱导作用。江南大学 生物工程学 对纤 院 郝学 财 ， 静 ， 晓斌等 人利用正交旋转 回归试验 求出它们 缪 余 的最 佳浓度为：ｖｅｌ １ ４ｇ／ 麸皮 为 ３３ ｄ Ｌ， Ａ ｉｅ 为 ． ｄ Ｌ、 ３ ．５ｇ／ 优
秦 浙新 ， 雪奇 王
（ 台州市环境监测 中心站 ， 浙江 台州 ３ ０ ０ ｌ ０） ８
【 摘 要 】 纤维 素酶是糖苷水解酶的一种， 它可以 将纤维素 物质水解 成简 单糖， 进而发酵产生乙 从而解决 醇， 农业、 再生能
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８ ・ ６
陕
西
农
业
科
学
２１（） ０ ０ ３
・
农 艺探讨 ・
微 生 物纤 维 素酶 及其 降解 纤 维 素机 理 的研究 进 展
王 翮
（ 安 职 业 技 术 学 院 生 物 工程 系 ， 西 西 安 西 陕
摘
７ ０７ ） １ ０ ７
要 ： 微 生物 纤 维 素 酶 的 来 源 、 质 、 子 结 构及 作 用机 理 等 四 个 方 面详 细概 述 了 国 内外微 生 物 纤 维 素 酶 从 性 分
及 其 降 解 纤 维 素 机 理 的研 究现 状 ， 并提 出微 生 物 纤 维 素酶 降 解 纤 维 素 的 研 究 方 向 ， 今 后 在 微 生 物 纤 维 酶 及 对
其 降 解 机 理 方 面 的 进 一 步研 究有 重 要 的 指 导 意 义 。
关 键 词 ： 生物 纤 维素 ；纤 维 素酶 ；降解 微
下 进行 ， 许 多 酸水 解 法无 可 比拟 的优 点 ， 此 ， 有 因
组酶 的总 称 ， 多 组 分 酶 系 ， 称 纤 维 素 酶 复 合 是 又
物 。已知天然 纤维 素分子 完全 降解为 葡萄糖 至少
需 要三类 酶 的协 同作 用 ： 切 葡 聚糖 纤 维二 糖 水 外 解 酶 （Ｅ ３ ．１ １ Ｂ ｃ．２ ．９ Ｃ Ｈ） 、 内切 葡 聚糖 苷 酶 （
３ 微 生 物 纤维 素 酶 的分 子结 构
对 不 同微 生物来 源纤 维素酶 基 因的克 隆和氨
收 稿 日期 ： ０ ９ ｉ － ０ ２ 酶 及其 降解 纤 维 素 机 理 的 研 究进 展 微
维素 酶 ； 凡是 能在碱 性条 件下水 解纤 维素 的酶 ， 称
为碱性 纤维素 酶 。酸性纤维 素 酶是 一种 具 有 ３ —
１ 微 生 物 纤 维素 酶 的来 源
虽然 纤维 素酶 的种 类繁 多 ， 大 多数 纤 维 素 但
１ ０个 或更 多个 组 分 构 成 的 多 组 分 酶 。依 据不 同 组分在 降解纤 维素 过程 中的作用 可将 这些 组分分
纤维 素是 地球 上 最 丰 富 的多 糖 化合 物 ， 泛 广 存 在于如 树杆 等植 物 中 ， 全世 界 每 年 生产 的纤维 素及 半纤 维素 总量 在 ８ ０亿 ｔ］ ５ ［ 。将 纤维 素 水解 １ 为 小分子 单糖 ， 糖 再通 过 微 生物 发 酵生 产 各 种 单
有 用 的产品 ， 藉此 有 望 有效 利 用这 些 源 源不 断 的
势 。但是 由于天 然纤 维素 的结 晶状 、 溶性 的刚 不 性 结构 ， 以及 纤维 素 酶 对纤 维 素 的 降解 机制 研 究 尚不清楚 ， 使得 目前 纤 维素 酶 对 天然 纤 维素 降 解 效 率较低 ， 而使 纤 维 素酶 降 解纤 维 素 的工 业 化 从
应 用 无 法 实 现 规 模 化 。 因 此 ， 一 步 了解 纤 维 素 进
Ｅ ３ ．１ ４ ｎ 和 Ｂ ｃ．２ ． Ｅ ） 一２葡萄糖 苷 酶 （ ｃ ．２ ． Ｅ ３ ．１ ２ Ｃ ）。 因此 ， １Ｂ 纤维 素酶 主要 由三 类 具 有 不 同催 化反应 功能 的酶组成 ， 即内切葡 聚糖 苷酶 、 切葡 外
用 纤维 素酶 降解 纤 维素是纤 维 素降解 的方 向和趋
酶一般最适 ｐ 为 中性 至偏 碱 性 ， 且 对 天 然 纤 Ｈ 并 维 素的水 解 作 用 较 弱Ｌ 。在 草 食 动 物 的 消 化 ６ ］ 道， 特别是 反刍 动 物 的瘤 胃中也 存 在 一 些可 以分
解 纤维 素的细菌 类群 。一些类 群 的放线 菌也 可 以
产生纤 维素酶 ， 但是 目前研究 很少 Ｌ 。 ｇ ］
可 再生碳 水 化合 物 资 源 ， 当前 人类 面 临 的石 油 为 危 机提供 解决 途径 。纤维 素降解 的关键 是把纤 维 素 水解 为葡萄 糖 ， 即纤维 素的糖 化过程 。 目前 ， 对
纤 维素 的糖化 过 程研 究 较 多 的是 酸水 解 法 、 水 酶
２ 微 生 物纤 维 素 酶 的 性质
酶 主要来 自微 生物 。产纤 维素 酶的微 生物包 括真
菌、 细菌 和放 线 菌 。其 中 主要 的 有 ： 氏木 霉 、 康 黑 曲霉 、 卧青 霉 （Ｐ ｎｃ ｌ ｍ、 孢杆 菌 等 。不 同 斜 ｅ ｉ ｌｕ 芽 ｉｉ 微生 物来 源 的纤 维 素酶水解 纤维 素 时对 ｐ 有 不 Ｈ 同 的要求 ： 丝状 真 菌 产生 的纤维 素酶 一般 要 求 酸 性或 中性 偏酸性 条 件 ， 嗜 碱 细 菌产 生 的纤 维 素 而
纤维 素酶是 指能水 解 纤 维 素 ８ １， — ４一 葡
萄糖苷 键 ， 使纤 维 素变 成 纤 维 二糖 和 葡 萄糖 的一
解 法［ 。酸水 解 法糖 化 率 低 ， ２ ］ 高浓 度 强 酸 可 有 效 水解纤 维 素 ， 但其 腐蚀性 对人 体有 害 ， 且所 需工 艺 条件苛 刻 ； 酶法水 解纤维 素 可在常温 、 常压条 件
酶则 只能 碱性范 围起 作用 。细菌所 产生 的纤维 素
为外切 』 １ ４ ３ ，一葡 聚糖苷 酶 、 — 内切 ８ ｌ ４ 一 ， 一葡 聚
糖苷酶 和 Ｂ 葡 萄糖 苷 酶 ； 一 而碱 性 纤 维 素 酶 与酸 性纤维 素酶 不同 ， 它是 一 种 单 组 分或 多 组 分 的 只 具有 内切 ８ 一葡聚糖 苷酶活 性 的纤维 素酶 ｏ Ｏ Ｄ３
聚糖苷 酶 、一 葡萄糖 苷 酶 。但 是通 常情 况 下 ， 口 依 据纤维 素酶作 用 的 ｐ 条件 将其 分为 酸性 纤 维素 Ｈ
酶和碱 性纤维 素酶 。凡是 能在酸 性或 中性偏 酸性
条 件 下 水 解 纤 维 素 底 物 的 纤 维 素 酶 ， 为 酸 性 纤 称
酶 降解纤 维 素的机 理有 助于提 高纤维 素的酶 解效 率， 是更 加有 效地利 用纤维 素 资源 的重要途径 。