纤维素酶的本质主要由三种酶:内切型β-葡聚糖酶、外切型β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶组成的多组分酶系,三种酶之间协同作用,内切型β-葡聚糖酶、外切型β- 聚糖酶先将纤维素降解为寡糖和纤维二糖,最后β-葡萄糖苷酶把寡糖和纤维二糖水解为葡萄糖。纤维素酶大量存在自然界,其特异性高、反应条件温和、环境污染小,但是由于产酶效率低、周期长、耐热性差、寿命短、成本高等,所以限制了纤维素酶的工业化生产。因此研究高效、产量高、耐热耐碱性强的纤维素酶的生产方法具有重要的现实意义。
纤维素酶的生产方法方法有固液发酵法生产纤维素酶、混菌发酵生产纤维素酶和固定化细胞生产纤维素酶。固态发酵生产成本低,酶产品收率高,后续提取过程简单;但其劳动强度大, 发酵水平不稳定,生产率低,易污染。液体发酵不易污染,培养条件易控制,生产效率高,劳动强度小,产品性质稳定,但其动力消耗大,设备要求高,生产成本高。混菌发酵可以弥补菌种之间的差异,产生多种不同功能的酶作用于纤维素的不同位点,充分发挥各酶之间的协同作用,大幅度提高纤维素酶的活性。固定化细胞生产纤维素酶克服了游离的细胞在生产中对环境敏感、性质不稳定及产物难以分离提纯的缺点,降低了生产成本,提高了产物制备效率,可以实现连续化生产。
涂璇等的报道表明,多元混菌发酵可提高各组分分泌的纤维素酶活性。因此,选育能够分泌多种纤维素酶成分的木霉或黑曲霉,将具有纤维素酶活性的菌株(目前研究较多且具有优良产酶性能的菌株有Trichoderma viride、Clostridium thermocellum、Clostridium cellulovoras、Anaerocellum thermophilum、Trichoderma pseudokonigii、Neocallimastix frontalis、Bacillus subtilis等)、产木质素酶的菌株(如白腐菌等)、产木聚糖酶的菌株(如Pseudomonas flu等)和产β-葡萄糖苷酶的菌株(如黑曲霉等)等进行混合培养,根据纤维素水解活性和葡萄糖生产率进行判定、优化组合,利用现代发酵工艺,结合纤维素膨化技术,用于生产有多种酶成分的混合物,有望成为纤维素酶工业化生产的又一方案。
纤维素是年产量巨大的可再生资源,如何成功地开发这一资源,对人类的可持续发展具有非常重要的意义。在对环境和生态问题日益重视的今天,利用纤维素酶降解纤维素来实现生物量的转化利用,具有非常重大的经济利益和社会效益。
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