纤维素酶的研究进展及应用

纤维素酶的应用研究进展

摘 要：纤维素酶是一类能够水解纤维素的β-D-糖苷键生成葡萄糖的多组分酶的总称，是一类高活性的生物催化剂，具有广泛的应用价值【1】。本文主要介绍了纤维素及纤维素酶、作用机理及在农牧业、工业、食品上的一些应用。

关键词： 纤维素酶 应用 展望

纤维素类物质是自然界中存在的最廉价、最丰富的一类可再生资源。全世界每年的植物体生成量高达1 500亿t干物质,其中一半以上为纤维素和半纤维素。如果将天然纤维素降解为可利用的糖液,再一步转化为酒精、菌体蛋白、气体燃料(如氢气)等物质,对解决当今世界所面临的环境污染、粮食短缺、饲料资源紧张和能源危机等问题具有重大现实意义【2】。纤维素酶的研究历经了上百年,取得了很大进展,已经在农牧业、工业、食品、生物质能源开发等多个领域得到了广泛应用,并取得了一定的效果。

1 纤维素及纤维素酶的简介：

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,不溶于水及一般有机溶剂,是植物细胞壁的主要成分,是地球上极为丰富、可再生的生物质资源。它占植物干重的35%~50%,是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物,它的降解是自然界碳素循环的中心环节，纤维素酶是一组能够降解纤维素生成葡萄糖的酶的总称,广泛存在于自然界的生物体中。细菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。根据作用方式,一般可将纤维素酶分为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)。其中:内切β-1,4-葡聚糖苷酶的作用是将天然纤维素水解成无定形纤维素;外切β-1,4-葡聚糖苷酶的作用是将无定形纤维素继续水解成纤维寡糖;β-1,4-葡萄糖苷酶的作用是将纤维寡糖水解成葡萄糖。各组分的底物专一性、比例均存在差异。因此,根据不同种类的纤维素,针对性地研制专用型酶、复合型酶才是利用纤维素酶的最终目的。在这3种酶的协同作用下,纤维素最终被分解成葡萄糖【3】。

2 纤维素酶的作用机理：

纤维素酶使纤维素转化成葡萄糖的机理和详细过程被普遍接受的理论主要有3种:协同理论(Synergism),原初反应假说(Initial degrading)和碎片理论