几种纤维素酶制剂水解和吸附性能的研究

纤维素水解酶的结构与功能研究及其生物工业应用纤维素是一种高聚糖，是植物细胞壁中最主要的成分之一，也是生物可再生质资源的主要来源。

然而，由于纤维素分子结构复杂、难以降解，导致其利用率始终比较低。

为了提高纤维素的利用率，科学家们研究了一种叫做纤维素水解酶的酶类。

本文将从纤维素水解酶的结构与功能以及生物工业应用方面进行介绍。

一、纤维素水解酶的结构与功能纤维素水解酶是一类催化纤维素酶解反应的酶，包括纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、内切酶等。

其中以纤维素酶的应用最广泛。

纤维素酶是一种高效能的混合酶，可将纤维素降解成可被利用的低聚糖。

纤维素酶的分子结构非常复杂，包含多个亚基，每个亚基都有不同的酶活性。

纤维素酶的结构分为两种：端部结构和中央结构。

端部结构是指蛋白质分子的两端，它们与纤维素分子的非还原端和还原端结合，起到断裂纤维素链的作用。

中央结构则是指蛋白质分子中间的催化区域，它是指针对纤维素分子的切割部位。

纤维素水解酶在催化纤维素分解反应的时候，需要依靠其复杂的分子结构来完成对纤维素链的断裂和降解。

二、纤维素水解酶的生物工业应用近年来，纤维素水解酶已经被广泛应用于生物工业。

纤维素水解酶的应用可以分为两类：一类是直接将纤维素水解酶加入到纤维素材料当中进行降解；另一类则是通过基因重组技术将纤维素水解酶转化为相关菌株的表达产物，从而实现高效生产。

1、直接应用纤维素水解酶纤维素水解酶可以加速纤维素物质的降解，进而使之成为用于生产化肥、酒精、生物乙醇等化工原料的生物质资源。

同时，纤维素水解酶也可以应用于制备不同颗粒度和不同形态的木质纤维素。

这种利用纤维素水解酶的方法，被称为生物质转化技术，它可以替代化学处理方式，减少了对环境的污染，也节约了能源。

2、基因重组技术的应用利用基因重组技术可以将纤维素水解酶的基因转移到其他生物体上，产生更高效的酶类活性。

利用基因重组技术制造的纤维素水解酶就是一种大规模生产的生物质转化技术。

纤维素水解酶的基因可以转移到细菌、酵母等微生物体中进行表达和生产，可以大幅增加产量，同时还能使得产酶菌株与使用菌株分离开来，从而避免污染。

纤维素酶水解机理及影响因素纤维素酶的概述纤维素酶是酶的一种，在分解纤维素时起生物催化作用。

纤维素酶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。

一般用于生产的纤维素酶来自于真菌，比较典型的有木酶属(Trichoderma)、曲霉属（Aspergillus）和青霉属(Penicillium）。

产生纤维素酶的菌种容易退化，导致产酶能力降低。

纤维素酶在食品行业和环境行业均有广泛应用。

在进行酒精发酵时，纤维素酶的添加可以增加原料的利用率，并对酒质有所提升。

由于纤维素酶难以提纯，实际应用时一般还含有半纤维素酶和其他相关的酶，如淀粉酶（amylase）、蛋白酶（Protease）等。

纤维素酶种类繁多，来源很广。

不同来源的纤维素酶其结构和功能相差很大。

由于真菌纤维素酶产量高、活性大，故在畜牧业和饲料工业中应用的纤维素酶主要是真菌纤维素酶。

纤维素酶的种类1、纤维素酶的组成与功能纤维素酶根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4），来自真菌的简称EG,来自细菌的简称Cen、外切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase，EC.3.2.1.91），来自真菌的简称CBH,来自细菌的简称Cex) 和β-葡聚糖苷酶（β-1,4- glucosidase，EC.3.2.1.21）简称BG。

内切葡聚糖酶随机切割纤维素多糖链内部的无定型区,产生不同长度的寡糖和新链的末端。

外切葡聚糖酶作用于这些还原性和非还原性的纤维素多糖链的末端,释放葡萄糖或纤维二糖。

β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖产生两分子的葡萄糖。

真菌纤维素酶产量高、活性大，在畜牧业和饲料工作中主要应用真菌来源的纤维素酶。

2、纤维素酶降解纤维素的机理研究纤维素酶反应和一般酶反应不一样，其最主要的区别在于纤维素酶是多组分酶系，且底物结构极其复杂。

浅谈几种常见酶制剂的研究及其应用酶是具有催化活性的蛋白质，它具有高效性、专一性、无毒副作用、不产生残留等特点。

酶广泛的存在于动物、植物以及微生物体内，是生物体维持正常的生理生化功能必不可少的成分。

家禽、家畜对饲料中营养物质的利用也是在消化道中各种酶的作用下将各种大分子的物质降解为易被吸收利用的小分子物质的。

酶制剂通常可粗略分成2大类：一类是内源性酶，与消化道分泌的消化酶相似，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，直接消化水解饲料中的营养成分；另一类是外源性酶，它是消化道不能分泌的酶，如纤维素酶、果胶酶、半乳糖苷酶、β-葡聚糖酶、戊聚糖酶（阿拉伯木聚糖酶）和植酸酶。

外源性酶不能直接消化水解大分子营养物质，而是水解饲料中的抗营养因子，间接促进营养物质的消化利用。

大量的试验研究表明，酶制剂主要参与机体内的以下活动：①参与细胞的降解，使酶与底物充分接触，促进营养成分的消化；②去除抗营养因子，改善消化机能；③补充(或激活)内源酶的不足，改进动物自身肠道酶的作用效果；④参与动物内分泌调节，影响血液中某些成分的变化；⑤水解非淀粉多糖（NSP），降解消化道内容物的黏度；⑥改变消化道内菌群的分布；⑦加强动物保健；⑧减少环境污染。

几种常见酶制剂的作用见表1。

1 蛋白酶蛋白酶是工业酶制剂中最重要的一类酶，约占全世界酶销售量的60％。

根据其作用机制和作用最适pH值，蛋白酶可分为酸性蛋白酶（pH值为2.5~3）、中性蛋白酶(pH值在7左右)、碱性蛋白酶(pH值在8左右)。

酸性蛋白酶用途十分广泛。

食品工业上用于啤酒、白葡萄酒的澄清和酱油的酿造；制革工业用于脱毛和皮革软化；医药工业用作消炎和助消化剂；饲料工业中多采用酸性和中性蛋白酶，以提高动物对蛋白质的水解效率，促进动物对饲料蛋白质的吸收效率。

1.1 酸性蛋白酶酸性蛋白酶分子量在35 000道尔顿左右。

酶分子活性中心有2个天冬酰氨残基，在已经进行过氨基酸序列分析的酸性蛋白酶分子中约有30％的区域是同系的。

纤维素酶水解植物纤维局部化学变化的初步研究纤维素酶水解植物纤维局部化学变化的初步研究摘要：纤维素是植物细胞壁中最主要的成分之一。

纤维素酶具有将纤维素水解为可溶性产物的能力，因此在纤维素降解和利用等方面具有重要意义。

本研究通过对不同水解时间的植物纤维进行分析，探究了纤维素酶水解过程中植物纤维局部化学变化的情况。

结果显示，纤维素的水解程度与时间呈正相关关系，同时纤维素酶水解过程中，纤维素的主要组分之间发生了明显的变化。

这些发现对于深入了解纤维素酶的作用机制以及纤维素的高效利用具有重要指导意义。

1. 引言纤维素是一种由硬纤维素和网状纤维素组成的复杂多糖，广泛存在于植物细胞壁中。

由于纤维素具有高度结晶性和抗降解性，其利用一直是科学家们的研究热点。

纤维素酶是一类能够水解纤维素的酶，广泛存在于许多生物体中，并且在纤维素的降解和利用中起着重要的作用。

了解纤维素酶水解过程中植物纤维的化学变化，对于解析纤维素酶的作用机理和提高纤维素的利用效率具有重要意义。

2. 材料与方法2.1 实验材料本实验选取小麦秸秆为研究对象，采集自当地农田。

2.2 实验步骤2.2.1 纤维素酶的制备使用已知方法提取小麦秸秆中的纤维素酶。

2.2.2 纤维素水解实验在一定温度下，将小麦秸秆与纤维素酶反应一定时间后，取样进行分析。

2.3 实验数据分析对取样结果进行比较与分析，得出结论。

3. 结果与讨论根据实验结果显示，随着反应时间的增加，纤维素的水解程度不断增加，证明纤维素酶具有较强的水解能力。

与此同时，纤维素酶水解过程中，纤维素的主要组分也发生了明显的变化。

纤维素水解前，纤维素主要以纤维素和半纤维素的形式存在；随着水解时间的增加，纤维素含量逐渐减少，而可溶性产物如葡萄糖等的含量逐渐增加。

这表明纤维素酶能够有效地将纤维素水解为可溶性产物。

进一步的分析发现，在纤维素酶水解过程中，纤维素的结构也发生了变化。

在纤维素水解前，纤维素以纤维状的形式存在，呈现出较高的结晶度；而随着水解时间的延长，纤维素的结晶度逐渐下降，呈现出较低的结晶度。

四种纤维素酶酶活测定方法的比较一、本文概述纤维素酶是一类能够水解纤维素链中β-1,4-糖苷键的酶类，它们在生物降解纤维素以及纤维素类物质的转化利用中发挥着至关重要的作用。

由于纤维素酶在纺织、造纸、生物燃料、食品工业等多个领域的广泛应用，对其酶活性的准确测定就显得尤为重要。

本文旨在比较四种常用的纤维素酶酶活测定方法，包括滤纸酶活法、羧甲基纤维素钠（CMC）酶活法、对硝基苯酚纤维二糖法（pNPC）和荧光底物法，以期为读者提供一个全面而深入的理解，帮助研究者根据实验需求选择合适的测定方法。

本文将首先简要介绍纤维素酶的重要性和应用领域，然后详细阐述这四种酶活测定方法的原理、操作步骤、优缺点以及适用范围。

通过对比这些方法的灵敏度、准确性、重现性、操作简便性等方面，我们将为读者提供一个清晰的方法选择指南。

本文还将讨论影响酶活测定准确性的因素，并提出相应的改进措施，以期提高纤维素酶酶活测定的准确性和可靠性。

我们将对纤维素酶酶活测定方法的未来发展趋势进行展望，以期为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。

二、方法介绍纤维素酶是一种能够水解纤维素链中β-1,4-糖苷键的酶类，其酶活测定对于了解纤维素酶的性质、优化酶的生产工艺以及评估其在各种工业应用中的效率至关重要。

目前，常见的纤维素酶酶活测定方法主要包括滤纸酶活测定法、羧甲基纤维素钠（CMC）酶活测定法、还原糖法以及荧光底物法。

滤纸酶活测定法：此方法是基于纤维素酶对滤纸的水解能力。

在一定条件下，纤维素酶将滤纸水解成还原糖，通过比色法或滴定法测定还原糖的含量，从而推算出纤维素酶的活性。

该方法操作简单，但受滤纸质量、实验条件等因素影响，结果可能存在一定误差。

羧甲基纤维素钠（CMC）酶活测定法：该方法以羧甲基纤维素钠为底物，通过测定酶解后释放的还原糖量来计算纤维素酶的活性。

该方法具有底物纯度高、反应条件易控制等优点，因此在许多研究中得到广泛应用。

然而，CMC与天然纤维素的结构差异可能导致测定的酶活与实际应用中的酶活不完全一致。

第16卷第1期 化学反应工程与工艺 V o l16,N o1 2000年3月 Che m ical R eacti on Engineering and T echno l ogy M arch,2000文章编号:1001-7631(2000)01-0030-06影响纤维素酶解的因素和纤维素酶被吸附性能的研究陈洪章,李佐虎(中国科学院化工冶金研究所　生化工程国家重点实验室,北京100080)摘　要:　本文以预处理的木质纤维素和结晶纤维素为材料,研究纤维素的吸附过程及影响酶解的主要因素,进而探讨纤维素酶解机制。

纤维素酶的被吸附过程表现周期吸附和脱吸过程,纤维素吸附酶和非吸附酶对汽爆麦草和微晶纤维素酶解有增强效应。

半纤维素、木质素对纤维素酶具有同样的吸附性,使之无效增加纤维素酶制剂的用量。

并提出了天然纤维素酶解过程可分三个阶段。

首先是纤维素对纤维素酶的可及性;其次是纤维素酶的被吸附与扩散过程;最后是由CBH,C M Case和ΒGase自组织复合体(C1)协同作用降解纤维素的结晶区,同时由CBH,C M Case和ΒGase随机作用纤维素的无定形区。

关键词:纤维素;酶解机制;汽爆麦草;结晶纤维素中图分类号:Q814　文献标识码:A1　前　言纤维素酶水解是固液多相反应,纤维素酶首先必须接触吸附到纤维素底物上,因此,纤维素对纤维素酶的可及性是决定水解起始速率的关键因素[1]。

而可及性取决于木质素和半纤维素的机械障碍以及原料的比表面积。

纤维素本身是由结晶区和无定形区组成的。

对纤维素结晶区的酶解作用先后提出不少假说[2],但至今仍没有合理的解释。

纤维素结晶区的酶解也是纤维素酶解的关键因素之一,结晶区酶降解机制的了解将有助于纤维素酶解率的提高。

有关纤维素酶解大多研究集中于纤维素酶的分离纯化。

Sasak i等[3]仅对纯纤维素进行研究,结果认为结晶度是影响纤维素酶解糖化的主要因素。

Gharpuray等[4]以麦草为研究材料,分别进行化学,物理处理,并测定处理后比表面积、结晶度及麦草化学组成的变化。

纤维素酶降解实验：比较不同酶对纤维素的降解效果实验目的：比较不同酶对纤维素的降解效果，探究纤维素酶的特性及应用。

实验材料：1.纤维素酶A2.纤维素酶B3.纤维素酶C4.羧甲基纤维素5.pH 4.8的缓冲液实验步骤：1.在三个不同的试管中加入相同量的羧甲基纤维素和缓冲液，使混合液的总体积相等。

2.在第一个试管中添加纤维素酶A，第二个试管中添加纤维素酶B，第三个试管中添加纤维素酶C，将三个试管分别放置于37℃的恒温箱中。

3.在反应开始时和反应结束后一定时间内分别取出三个试管，使用定量比色法测定还原糖产量，并计算出纤维素酶的降解效率。

4.记录实验数据并进行统计分析。

实验结果：实验结果表明，纤维素酶A对纤维素的降解效率最高，其次是纤维素酶C，纤维素酶B的降解效率最低。

实验结论：1.不同种类的纤维素酶对纤维素的降解效率不同。

2.纤维素酶A对纤维素的降解效率最高，可以作为纤维素酶的优选选择。

3.该实验有助于研究纤维素酶的特性及其在生物质转化中的应用。

再写一个酵母发酵实验：比较不同条件下酵母发酵的产酒量差异实验目的：比较不同条件下酵母发酵的产酒量差异，探究酵母发酵的特性及影响因素。

实验材料：1.干酵母2.葡萄糖3.1L容量瓶4.水浴器5.无水酒精6.比色皿7.滴定管8.恒温箱实验步骤：1.将干酵母置于37℃水浴中使其复苏。

2.将葡萄糖溶解在不同浓度的缓冲液中，将制备好的发酵液倒入容量瓶中。

3.将酵母溶液加入发酵液中，混合均匀后密封。

4.在不同温度下，恒温箱中发酵，并记录发酵过程中所产生的二氧化碳气泡数量。

5.发酵结束后，将比色皿中加入待测发酵液，使用滴定管加入无水酒精，使发酵液中的酒精沉淀于比色皿底部。

6.测定比色皿中酒精沉淀的重量，并计算出产酒量。

7.记录实验数据并进行统计分析。

实验结果：实验结果表明，发酵液中的酒精产量与温度、葡萄糖浓度均有关系，随着温度和葡萄糖浓度的升高，酒精产量也增加。

实验结论：1.酵母发酵的产酒量与温度、葡萄糖浓度有密切关系。

纤维素酶在玉米芯上的吸附和水解作用分析作者：王东来源：《科技视界》 2014年第24期王东（陇东学院，甘肃庆阳 745000）【摘要】结合实际情况，本文对玉米芯中的纤维素酶水解与吸附作用通过实验的方式来进行系统性的论证。

三种纤维酶在经过处理的新鲜底物中。

吸附性与水解性不尽相同。

外界条件对纤维素酶也有着非常重要的影响作用。

在特殊环境下，CMC与C1两种酶吸附在玉米芯上，但CB酶在溶液中处于游离状态。

经过重复实验，了解到酶解工艺是切实可行的。

该实验结果对研究玉米芯中纤维素酶的再生利用有着十分重要的现实意义。

【关键词】纤维素酶；玉米芯；纤维素水解玉米芯中的纤维素是一种经济性非常高的可再生资源。

现今主要将玉米芯纤维素通过酶水解或者酸处理的方式提取出葡萄糖。

本实验就通过酶水解的方式制取葡萄糖来展开深入性的研究。

该项研究对玉米芯中纤维素的再利用有着非常重要的现实意义。

１实验与分析１．１实验材料1.1.1 纤维材料选取玉米芯作为实验材料，玉米芯中纤维含量（100%）如下所示：全纤维：39.5%;半纤维：37.0%;灰分7.1%;木质素16.6%。

１．１．２处理方式（1）酸处理方式：玉米芯200G，固体与液体比例为1比8，将玉米芯放入浓度为百分之一的稀硫酸溶液中，在条件为摄氏110度的情况下反应三小时后滤出残渣，将此残渣通过一定的处理方式，洗至中性，经测量，酸处理后的残渣纤维含量为半纤维6.02%，纤维56.83%木质素20.21%其他16.94%。

（2）碱处理方式：玉米芯200G，固体与液体比例为1比8，将玉米芯放入浓度为百分之二的氢氧化钠溶液中进行反应。

（室温，24h)得出滤渣，洗至中性，经测量件处理后的残渣纤维素含量为63.5%半纤维素10.1%木质素14.5%其他11.9%[1]。

１．１．３酶溶液纤维素酶溶液：取自制酶溶液若干，每毫升含有25FPIU。

Cellobiase溶液：取自制cellobiase溶液若干，每毫升含5CBIU。

第25卷第3期2005年9月林　产　化　学　与　工　业Che mistry and I ndustry of Forest Pr oductsVol.25No.3Sep t.2005纤维素酶在玉米芯上的吸附及其水解作用3ZHAN X M 詹小明,夏黎明3(浙江大学生物工程与化学工程学院,浙江杭州310027)摘　要:　对纤维素酶在玉米芯纤维底物上的吸附特征及其水解作用进行了研究。

纤维素酶组分中的外切型β-葡聚糖酶(C1酶)、内切型β-葡聚糖酶(C MC酶)和纤维二糖酶(CB酶)在同一纤维素底物上具有不同的吸附性质,底物的粒度、预处理条件、pH值、温度等因素对纤维素酶的吸附具有不同的影响。

在特定的酶解条件下(底物质量分数10%,pH值4.8,50℃), C1酶、C MC酶组分主要吸附在玉米芯纤维底物上,而CB酶组分则大部分游离在液相中。

利用纤维素酶的吸附特性,在玉米芯酶解工艺中实现了纤维素酶的回收复用。

当玉米芯纤维底物质量分数为10%,纤维素酶初始用量为每克底物15FP I U,酶解48h后滤去水解液,保留纤维素残渣并加入新鲜底物,同时补加纤维二糖酶(每克底物4I U)和少量纤维素酶(每克底物7.5FP I U),继续酶解48h,如此重复进行。

连续重复7批的试验结果表明:这一酶解工艺简便易行,纤维素酶的用量可节约50%,同时纤维素的酶解得率平均可达80%以上。

这一研究结果在可再生纤维素资源酶法糖化利用方面具有重要意义。

关键词:　纤维素酶;玉米芯;纤维素水解中图分类号:T Q353.421;Q556 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2005)03-0076-05 ADS ORPTI O N AND RECYCL I N G OF CELLULASE DUR I N GHY DROLYSI S OF CORNCOBZHAN Xiao2m ing,X I A L i2m ing(D epart m ent of Che m ical Engineering and B ioengineering,Zhejiang U niversity,Hangzhou310027,China)Abstract:The ads or p ti on and functi ons of hydr olysis of cellulase on corncob substrate were studied.The ads or p ti on characteristics of three cellulase components were different during hydr olysis.Fact ors affecting cellulase ads or p ti on were investigated,including granularity of corncob,p retreat m ent conditi ons,pH value and te mperature.Under standard hydr olysis conditi ons of cellul osic substrate(corncob10%,pH value4.8,50℃),endo2β21,42glucanase(C MCase)and exo2β21,42glucanase(C1)were mainly abs orbed on the substrate,but cell obiase(C B)was mostly maintained in the liquid phase.A p r ocess for recycling enzy me during cellul ose hydr olysis was set up based on the ads or p ti on characters of cellulase.Under batch hydr olysis p r ocess the substrate mass part10%and initial cellulase dosage15FP I U/g substrate,the hydr olyzate was re moved while the cellul osic residue ads orbing cellulase was re mained after48h reacti on.Then the fresh substrate was added int o the reacti on syste m with cell obiase(4I U/g substrate)and partial cellulase(7.5FP I U/g substrate).The p r ocess was repeated f or7batches and average hydr olysis yield of corncob was over80%with the saving of50%cellulase.The results of this research were meaningful in the enzy matic saccharificati on of rene wable cellul osic res ources.Key words:cellulase;corncob;cellul ose hydr olysis纤维素是廉价的可再生资源。

纤维素酶的水解机制和作用条件纤维素酶对大家来说已经不陌生，现在已经广泛应用在工业生产过程中，纤维素酶在植物提取和饲料中的功能是其他产品所无法替代的。

然而纤维素酶在其发展过程中经历了漫长的过程，随着越来越多的生物学家对其进行研究，纤维素酶的水解过程才逐渐被人们掌握。

下面详细介绍纤维素酶的研究过程和其水解机制。

1 纤维素酶的研究过程在自然界中,绝大多数的纤维素是由微生物通过分泌纤维素酶来进行降解的。

早在l850年,Mifscherlich己经观察到微生物分解纤维素现象。

但纤维素酶的研究则是从1906年Seilliere在蜗牛消化液中发现了分解天然纤维素的酶,以后才逐渐开始的。

1912年 Pringsheim 从耐热性纤维素细菌中分离出纤维素酶。

1933年Grassman分辨出了一种真菌纤维素酶的两个组分。

1954年,美国陆军 Natick实验室开始研究军用纤维素材料微生物降解的防护问题,后来发现纤维素经微生物降解后,可产生经济、丰富的生产原料,并且有望解决自然界不断产生的固体废物问题,于是纤维素酶得到了广泛的关注。

2 纤维素酶的水解机制关于纤维素酶水解的机制至今仍无完全统一的认识,目前普遍接受的理论主要为协同理论。

该理论认为,纤维素的酶水解过程是由C1酶、Cx酶、β-葡萄糖苷酶系统作用的结果,水解过程为:先是Cx酶作用于纤维素分子非结晶区内部的β-1, 4糖苷键,形成短链的β-寡聚糖;C1酶作用于β-寡聚糖分子的非还原末端,以二糖为单位进行切割产生纤维二糖;接着,部分降解的纤维素进一步由C1酶和 Cx酶协同作用,分解生成纤维二糖、纤维三糖等低聚糖;最后由β-葡萄糖苷酶作用分解为葡萄糖。

纤维二糖对CBH和EG有强烈抑制作用,β-葡萄糖苷酶 BG将纤维二糖和纤维三糖水解为葡萄糖,从反应混合物中除去抑制。

3一般纤维素酶的最适作用条件是什么呢？1、酸性纤维素酶最适作用条件：最适pH：3.5-4 最适温度：45-55℃2、中性纤维素酶最适作用条件：最适pH：4.5-6 最适温度：45-55℃3、碱性纤维素酶最适作用条件：最适pH：10-11 最适温度：45-55℃当然不排除一些特殊的菌种发酵生产的纤维素酶会有例外的最适作用条件，纤维素酶的最适作用条件还要取决于菌种自身的结构和其生存环境。