Ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ｗｏｒｌｄ添加剂世界　

纤维素酶及其研究进展　

武香玉，徐海燕，辛国芹，赵　影，谷　巍　

（山东宝来利来生物工程股份有限公司，山东泰安２７１０００）　

摘要：纤维素酶可以有效降解纤维素，将纤维素水解转化为二糖或单糖，为能源、食物和化工等产业提供　可用的原料，在工业中具有广泛的应用价值。文章就纤维素酶的特点及纤维素酶在食品、发酵、饲料和纺织等工　业方面的应用进行了阐述。　关键词：纤维素；纤维素酶；应用进展　中图分类号：￥８１６．８；ＴＳ２６１文献标志码：Ａ文章编号：１００１－００８４（２０１３）１０—００２７－０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ　

ＷＵ　Ｘｉａｎｇｙｕ，ＸＵ　Ｈａｉｙａｎ，ＸＩＮ　Ｇｕｏｑｉｎ，ＺＨＡＯ　Ｙｉｎｇ，ＧＵ　Ｗｅｉ　

（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｂａｏｌａｉ—ｌｅｅｌａｉ　Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉａｎ　２７１０００，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ　ｃａｎ　ｄｅｇｒａｄｅ　ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｒｔ　ｔｈｅ　ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ｔｏ　ｄｉｓａｃｃｈａｒｉｄｅ　ｏｒ　ｍｏｎｏｓａｃｃｈａ—　

ｒｉｄｅ，ｃａｎ　ｓｕｐｐｌｙ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　ｅｎｅｒｇｙ，ｆｏｏｄ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｂｙ　ｉｔ’Ｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　

ｖａｌｕａｂｌｅ．Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｅｌｌｕｌａｓｅ　ａｎｄ　ｉｔ’Ｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｆｏｏｄ，ｆｅｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｆｅｅｄ，ｗｅａｖｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｗｅｒｅ　ｒｅ—　

ｖｉｅｗｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｃｅｌｌｕｌａｓｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　

纤维素是植物体重要组成之一，是细胞壁的主　

要组成成分，约占植物干重的４０％，据报道，全世　界纤维素的资源约为７ｘ１０　ｋｇ，而每年经绿色植物　光合作用合成的纤维素产量高达４×１０　ｋｇ，因此纤　

维素是地球上数量最丰富的有机物质资源之一，其　中蕴含的能量约为６　４００亿ｔ石油的能量…。但是，　

纤维素至今仅有一小部分能被利用，大部分都被浪　费，且造成了严重的环境污染。而纤维素酶却可以　

有效的降解纤维素，将纤维素水解转化为二糖或单　糖，为能源、食物和化工等产业提供可用的原料，　

纤维素的利用可以解决当前存在的食物短缺、环境　污染和能源危机的问题，因此纤维素酶的研究成为　

重要的研究课题。　１纤维素酶及其组成　

纤维素酶是降解纤维素生成短链纤维素分子、　

纤维二糖和葡萄糖的一组酶总称。１９０６年首先发　现蜗牛消化液可以分解纤维素，１９４５年在嗜热性　纤维素细菌中分离出了纤维素酶，自此纤维素酶的　

研究和应用在世界范围内受到广泛关注。　纤维素酶是一种多组分的复合酶系，包括多种　

水解酶，一般认为主要包括３类具有协同作用的酶　组分。内切型　一１，４一Ｄ～葡聚糖酶（ＥＣ３．２．１．４）即　

ＣＭＣ酶，主要是对一些非结晶区和可溶性的底物　有作用，随机地水解　一１，４一糖苷键，截短长链纤　

维素分子，同时产生大量的带非还原性末端的小分　子纤维素，即纤维素末端。ＣＭＣ酶可以为外切酶　

提供大量的反应末端，并且水解小分子的纤维素寡　糖。酶解主要产物是纤维糊精、纤维二糖和纤维三　

糖。外切型　一１，４一Ｄ一葡聚糖酶（ＥＣ３．２．１．９１）即Ｃ　

酶，主要作用于纤维素线状分子的末端，可以作用　于纤维素分子的结晶区、无定形区和羧甲基纤维　

素，水解　一１，４糖苷键，每次只切１个纤维二糖分　

收稿日期：２０１３—０４—１８　作者简介：武香玉（１９８４一），女，山东泰安人，硕士，主要从事微生物学方面的研究。　

２０１３年第ｌＯｆｆｉ

饲料博览２７　添加剂世界Ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ｗｏｒｌｄ　

子。ｃ　酶在天然纤维素的降解过程中起主导作　

用　】。　一葡萄糖苷酶（Ｅｃ３．２．１．２１）即纤维二糖酶，　是非专一性酶，可水解纤维二糖和短链的纤维寡糖　

生成葡萄糖。但纤维二糖酶对纤维素无直接作用，　因此不能算作纤维素酶，但是其可以减轻纤维二糖　

对纤维素酶的反馈抑制作用，从而加快反应速度。　纤维素酶是具有不同底物特异性的复合酶系，只有　

通过各组分的协同作用才能将纤维素降解生成葡萄　糖。　

２纤维素酶的生产　生产纤维素酶的方式主要有固态发酵和液态发　

酵　。液体发酵法是指将微生物接种到液体培养基　中进行培养　。一般来说液体发酵法的培养条件容　

易控制，生产效率高，节省劳动力，产品质量稳　定，适合于大规模工业化生产。胡彩静等对里氏木　

霉ＺＵ０３液体发酵产纤维素酶的发酵条件进行了研　究，并最终确定了产酶的最佳培养基和最优产酶条　

件，在优化产酶条件之后，纤维素酶活力比初期发　酵时的活力提高约３００％，在摇瓶发酵里氏木霉产　

酶试验基础上，采用５　Ｌ发酵自控罐对里氏木霉进　行深层液体发酵产酶试验，在严格控制发酵条件下　

羧甲基纤维素酶酶活最高为３２５．０　Ｕ・ｍＬ～，滤纸糖　酶（ＦＰＡ）酶活最高达１７．９　Ｕ・ｍＬ　。　

固体发酵法是指微生物在没有或几乎没有游离　水固态的湿培养基上的发酵过程。固态的湿培养基　

一般含水量约为５０％，而无游离水流出。张辉等对　黑曲霉ＨＱ一１固体发酵产纤维素酶的条件进行优　化，通过单因素实验和响应面实验确定最佳产酶发　酵条件，优化后滤纸酶活力最高为５９．４３２　Ｕ・　，比　

未优化的酶活力最高值（１３．５１１　Ｕ・ｇ－ｉ）提高３４０％　。　张礼星等以啤酒厂废糟、适量麸皮和稻草粉为培养　

基，接种里氏木霉，对其固体发酵条件进行研究，结　果表明，以麦糟料的固态发酵，纤维素酶产酶高峰在　

１４４　ｈ处，混合方式接种的产酶水平３１９　ｕ・ｇ　优于表　面接种；４５～４８　ｈ菌体生长最为旺盛，产热量最大；　

在糖分相对贫乏的液体种子培养基中培养的种子，在　

固态发酵中可以得到较好的酶活，添加麸皮３％培养　的种子，发酵产酶最好　。伍红等通过单因子实验　

和正交实验对黑曲霉ＡＦ一９８的固体发酵产纤维素酶　的发酵条件进行优化，优化后纤维素酶活力可达　

７．５６　ＩＸ・ｇ　干曲　。吴发远以稻草为原料，优化了康　

氏木霉固体发酵产纤维素酶的条件，确定了最佳发　

２８　１１１＃ｔｌＩｔ１￣２０１３年第ｌｏＭ　酵条件，优化后纤维素酶各组分酶活力分别为：羧　

甲基纤维素酶活力为３２１．６４　Ｕ・ｍＬ～，滤纸分解酶　活力为５９．５８　Ｕ・ｍＬ－ＩＩ　８１￣　

３纤维素酶的应用　

纤维素酶的应用非常广泛，现在已经被用到各　个领域如食品、中草药加工、纺织、饲料等，前景　非常乐观　”。　３．１食品　李世敏等在对金针菇子实体多糖提取工艺优化　

试验中，采用纤维素酶预处理原料，最终使得金针　菇多糖的产率大幅提高ｕ　。王志民等用纤维素酶水　

解香菇４　ｈ，可显著提高可溶性固形物以及多糖的　提取率（Ｐ＜Ｏ．０５），试验结果表明，可溶性固形物及　

多糖提取率分别是水解提取法的３６０％和２４０％［”】。　纤维素酶还可应用于啤酒与白酒的酿造。纤维素酶　

可以加强原料中植物裂解酶的活力，从而使原料的　组织破裂得到强化，使组织内细胞成分更好的溶解　

出来，加速淀粉和蛋白质的分解，加快整个发酵过　程，提高出酒率。韦小英等对纤维素酶水解蔗渣浆　

的影响因素进行了研究，试验结果表明，利用纤维　素酶水解处理漂白后的蔗渣浆，水解率可达９８％，　

再进行酒精发酵可提高原料利用率ｎ　。沈金龙等通　过里氏木霉发酵产的纤维素酶来水解杨树叶等天然　

纤维素原料，优化酶水解条件后水解率得到提高，　并用酵母发酵酶水解液，酒精转化率高达７９．４％～　

９２．１％【ｌ５］。　３．２　中草药加工　

中草药越来越受到重视，应用也越来越广泛。　其主要的有效成分是细胞中的生物活性物质，而纤　

维素是细胞壁的主要成分。纤维素酶可以降解纤维　素、破碎细胞壁、释放出有效成分，提高中草药的　

利用价值。奚奇辉等在竹叶总黄酮的提取中应用纤　维素酶，研究结果表明，纤维素酶预处理后再提取　

黄酮比直接提取黄酮效果好，提取率高出２３．５％　。　邢秀芳等将纤维素酶用于葛根总黄酮的提取中，试　

验结果表明，纤维素酶可以使葛根总黄酮的得率提　高１３％ｔ”　。马桔云等研究发现，用黄连提取小檗碱　

前，先用纤维素酶进行酶解，可以提高小檗碱的得　率［１８　。　

３．３纺织加工　张瑞萍等在对毛巾织物处理中应用了酸性纤维　

素酶，发现酶处理后毛巾织物表面的茸毛有效去　Ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ｗｏｒｌｄ添加剂世界　

除，织物变得更柔软，同时酶处理还可以使柔软　

剂从纤维的裂缝处进人，使柔软剂的吸附量增加ｎ　１。　

陈益人等对灯芯绒织物和毛巾织物采用了同样的　处理方法，经处理后，灯芯绒织物更柔软，更有　

弹性，且织物茸毛更丰满，光泽也变得更柔和，　并且有一定的消色效果；毛巾织物也更柔软，同　

时吸湿性更好，更蓬松ｉ２ｏ］。　３．４饲料应用方面　

在饲料中添加纤维素酶，将不易消化吸收的　纤维素转化为可吸收的糖和菌体蛋白，可以显著　提高饲料利用率和消化率，促进动物生长　”。饲料　

中添加纤维素酶可以补充机体内源酶，尤其对食　草动物，当机体微生物分泌的纤维素酶不足时起　

到补充作用；可以改善动物肠道内菌群关系，促　

进有益菌生长；消除抗营养因素；提高机体对营　养物质的吸收率；改善小肠吸收功能；改善瘤胃　

动物消化道的环境，增加酸性，激活胃蛋白酶。　另外，纤维素酶还可以调节食草性家畜的胃肠　

道，对胃肠疾病的治疗有帮助作用。李德发等以　添加酶制剂的基础日粮饲喂生长猪，结果表明，　添加纤维素酶可以提高生长育肥猪的生产性能和　

肉品质［２２１ｏ　・　４研究展望　在将纤维素资源化研究过程中，发现纤维素　酶有非常重要的作用，应用前景非常广泛。目前　

能产纤维素酶的菌种很多，而且有一定的产酶能　力，市场上也有相关产品出现。但工业化生产纤　

维素酶还没有达到理想效果，限制工业化生产的　主要原因有菌种产酶能力不高、酶系组分不全和　

不平衡等。因此筛选纤维素酶高产菌株至关重　要，是降低生产成本和工业生产的前提，也是未　来一段时间的研究热点　。纤维素酶可以解决纤维　

素资源的应用问题，应用前景非常广阔，但是纤　

维素酶在应用过程中对动物和饲料的影响以及酶　系组成、耐热性、作用温度、ｐＨ和抗蛋白酶水解　

能力等方面仍需深人的研究。　

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２ｏ１３年第１ｏ期饲料博览２９　【　【　［　【　【　【　［ｒＬ　ｒＬ　ｒＬ　【ｒＬ　ｒＬ　ｒＬ　【　［　［