纖維素科學(xué)及纖維素酶的研究進(jìn)展

纖維素科學(xué)及纖維素酶的研究進(jìn)展1.本文概述纖維素，作為一種豐富的天然有機(jī)高分子化合物，廣泛存在于植物細(xì)胞壁中。它在自然界中的含量僅次于cellulose，位居第二。纖維素不僅是一種重要的工業(yè)原料，還與人類生活息息相關(guān)。隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)的日益重視，纖維素及其衍生物在生物降解材料、生物能源、醫(yī)藥載體等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。深入研究纖維素的科學(xué)及其相關(guān)酶的研究進(jìn)展具有重要意義。纖維素酶是一類能夠降解纖維素的酶的總稱，主要包括C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶。它們在纖維素的降解過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，纖維素酶的研究取得了顯著的進(jìn)展。本文將重點綜述纖維素科學(xué)及纖維素酶的研究進(jìn)展，包括纖維素的理化性質(zhì)、生物合成、生物降解以及纖維素酶的基因克隆、表達(dá)調(diào)控、分子改造等方面的最新研究成果。通過對這些研究成果的總結(jié)和分析，本文旨在為纖維素的深入研究和纖維素酶的應(yīng)用提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。2.纖維素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)纖維素是一種高分子多糖，其基本結(jié)構(gòu)單元是葡萄糖分子。在纖維素的結(jié)構(gòu)中，葡萄糖單元通過1,4糖苷鍵連接成長鏈。這些長鏈通過氫鍵和范德華力相互纏繞，形成纖維素微纖維。纖維素的這種結(jié)構(gòu)賦予了它獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)。纖維素的分子結(jié)構(gòu)決定了它的許多性質(zhì)。由于1,4糖苷鍵的排列方式，纖維素具有很高的抗拉強(qiáng)度和剛性。這使得纖維素成為植物細(xì)胞壁的主要成分，為植物提供支撐。纖維素的三維結(jié)構(gòu)使其具有很高的抗水性，這使得纖維素在自然界中具有良好的保護(hù)作用。纖維素的結(jié)晶區(qū)域?qū)Υ蠖鄶?shù)酶和化學(xué)反應(yīng)是不可達(dá)的，這使得纖維素具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。纖維素的這些性質(zhì)也導(dǎo)致了它的降解和轉(zhuǎn)化具有一定的難度。纖維素酶是一類能夠特異性地降解纖維素的酶，它們通過催化水解1,4糖苷鍵來分解纖維素。纖維素酶的活性受到纖維素結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度、聚合度以及表面形態(tài)的影響。研究纖維素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對于理解和改進(jìn)纖維素酶的催化機(jī)制具有重要意義。在纖維素科學(xué)研究中，通過改變纖維素的物理和化學(xué)處理方法，可以調(diào)控纖維素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而滿足不同的工業(yè)應(yīng)用需求。例如，通過纖維素的改性，可以提高其在紙張制造、生物能源生產(chǎn)和生物材料開發(fā)等領(lǐng)域的應(yīng)用效率。深入了解纖維素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對于推動纖維素科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展至關(guān)重要。3.纖維素酶的分類與特性纖維素酶根據(jù)其作用機(jī)制可以分為三大類：C1酶、Cx酶和葡萄糖酶。C1酶：C1酶是一類內(nèi)切酶，能夠隨機(jī)切割纖維素鏈內(nèi)部的1,4糖苷鍵。這類酶通常具有較寬的作用位點，可以作用于結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的纖維素。Cx酶：Cx酶主要作用于纖維素鏈的還原端，是一種外切酶。它們通常具有高度的底物特異性，只能作用于纖維素鏈的非還原端。葡萄糖酶：葡萄糖酶是一類葡萄糖苷酶，能夠從纖維素鏈的非還原端釋放單個葡萄糖分子。這類酶通常具有較高的轉(zhuǎn)化效率，能夠快速降解纖維素。纖維素酶還可以根據(jù)其來源進(jìn)行分類，主要包括微生物源纖維素酶、植物源纖維素酶和動物源纖維素酶。微生物源纖維素酶：微生物源纖維素酶是研究最多、應(yīng)用最廣泛的一類纖維素酶。它們主要由真菌和細(xì)菌產(chǎn)生，具有高效、專一性強(qiáng)的特點。植物源纖維素酶：植物源纖維素酶主要存在于一些能夠降解自身細(xì)胞壁的植物中。這類酶的活性相對較低，但在某些特定條件下，如植物病害或逆境脅迫時，其活性會顯著提高。動物源纖維素酶：動物源纖維素酶主要存在于一些以植物為食的動物中，如反芻動物。這些酶幫助動物分解食物中的纖維素，提高營養(yǎng)的消化吸收率。催化特性：纖維素酶的催化特性包括其作用pH、最適溫度、底物親和力和轉(zhuǎn)化效率等。不同類型的纖維素酶在這些特性上存在顯著差異，這與其結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制有關(guān)。穩(wěn)定性：纖維素酶的穩(wěn)定性是指其在不同環(huán)境條件下保持活性的能力。一些纖維素酶在高溫、酸堿或有機(jī)溶劑等極端條件下仍能保持較高的活性，這對于工業(yè)應(yīng)用尤為重要。調(diào)控機(jī)制：纖維素酶的產(chǎn)生和活性受到多種因素的調(diào)控，包括基因表達(dá)調(diào)控、翻譯后修飾和環(huán)境因素等。了解這些調(diào)控機(jī)制對于提高纖維素酶的生產(chǎn)效率和應(yīng)用效果具有重要意義。纖維素酶的分類與特性對于理解其在自然界中的作用以及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有重要價值。通過對纖維素酶的深入研究，我們可以更好地利用這些生物催化劑，促進(jìn)生物質(zhì)資源的高效轉(zhuǎn)化和利用。4.纖維素酶的生產(chǎn)與優(yōu)化纖維素酶的生產(chǎn)是纖維素科學(xué)研究中的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的纖維素酶生產(chǎn)方法主要依賴于微生物發(fā)酵，包括細(xì)菌、真菌和放線菌等。這些微生物在適宜的培養(yǎng)條件下能夠分泌大量的纖維素酶，從而實現(xiàn)纖維素的有效分解。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法存在成本高、效率低等問題，對纖維素酶生產(chǎn)過程的優(yōu)化顯得尤為重要。為了提高纖維素酶的生產(chǎn)效率，科研人員進(jìn)行了多種嘗試。通過基因工程技術(shù)，將纖維素酶基因?qū)氲礁弋a(chǎn)菌株中，可以顯著提高纖維素酶的產(chǎn)量。通過優(yōu)化培養(yǎng)基成分、調(diào)整發(fā)酵條件（如溫度、pH值、氧氣供應(yīng)等），也能夠有效地提高纖維素酶的產(chǎn)量和活性。除了提高產(chǎn)量，纖維素酶的活性也是影響其應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素。通過蛋白質(zhì)工程技術(shù)，可以對纖維素酶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，提高其催化效率和底物特異性。同時，通過添加酶活性保護(hù)劑或使用酶復(fù)配技術(shù)，也能夠提高纖維素酶在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和效果。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，纖維素酶的生產(chǎn)過程必須實現(xiàn)規(guī)模化。這需要解決生產(chǎn)設(shè)備、過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性等一系列問題。通過建立連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)、優(yōu)化下游處理工藝（如酶的提取、純化和濃縮）等措施，可以實現(xiàn)纖維素酶生產(chǎn)的規(guī)模化和自動化。在追求高效生產(chǎn)的同時，環(huán)境友好性也是一個不可忽視的因素。通過使用可再生資源作為原料、開發(fā)低污染的生產(chǎn)工藝、實現(xiàn)廢棄物的資源化利用等措施，可以減少纖維素酶生產(chǎn)對環(huán)境的影響。纖維素酶的生產(chǎn)與優(yōu)化是一個多方面、多層次的復(fù)雜過程。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和工藝改進(jìn)，可以實現(xiàn)纖維素酶的高效、低成本和環(huán)境友好的生產(chǎn)，為其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。5.纖維素酶在各領(lǐng)域的應(yīng)用在食品工業(yè)中，纖維素酶被廣泛應(yīng)用于果汁澄清、面包烘焙和肉制品嫩化等過程。其能夠分解果蔬中的纖維素，提高果汁的產(chǎn)量和澄清度同時，在面包烘焙中添加纖維素酶，能夠改善面包的口感和延長其貨架期。纖維素酶還被用于肉制品的嫩化，通過分解肌纖維間的膠原蛋白，提高肉質(zhì)的嫩度和口感。紡織工業(yè)中，纖維素酶主要用于棉織物的生物拋光和毛織物的防氈縮處理。纖維素酶能夠去除棉織物表面的微小纖維和雜質(zhì)，提高織物的光澤度和手感而在毛織物處理中，纖維素酶能夠破壞羊毛表面的鱗片層，減少氈縮現(xiàn)象，提高織物的尺寸穩(wěn)定性。在造紙工業(yè)中，纖維素酶被用于紙漿的生物漂白和紙張的強(qiáng)度改善。通過纖維素酶的作用，可以去除紙漿中的色素和雜質(zhì)，提高紙張的白度和透明度同時，纖維素酶還能夠改善紙張的強(qiáng)度和耐折性，提高紙張的質(zhì)量。生物能源領(lǐng)域是纖維素酶應(yīng)用的重要方向之一。纖維素酶能夠?qū)⒛举|(zhì)纖維素等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖，進(jìn)而生產(chǎn)生物乙醇等可再生能源。這一技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，對于緩解化石能源短缺和減少環(huán)境污染具有重要意義。在環(huán)保領(lǐng)域，纖維素酶被用于廢水處理和有機(jī)廢棄物的生物降解。通過纖維素酶的作用，可以將廢水中的纖維素類有機(jī)物降解為低分子量的物質(zhì)，減少污染物的排放同時，纖維素酶還能夠促進(jìn)有機(jī)廢棄物的快速降解和資源化利用，實現(xiàn)廢物的減量化、無害化和資源化。纖維素酶在各領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和纖維素酶研究的深入，相信其在未來的應(yīng)用前景將更加廣闊。6.纖維素科學(xué)及纖維素酶研究的挑戰(zhàn)與展望在纖維素科學(xué)和纖維素酶的研究領(lǐng)域，盡管已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍存在許多挑戰(zhàn)需要克服。纖維素的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多樣性給其降解和轉(zhuǎn)化帶來了難題。纖維素分子鏈之間的緊密排列和強(qiáng)大的氫鍵網(wǎng)絡(luò)使得其具有極高的結(jié)晶度和抗降解性，這就需要開發(fā)更加高效和特異性的纖維素酶來實現(xiàn)其降解。盡管已知有數(shù)千種纖維素酶，但對其催化機(jī)制的理解仍然有限。深入研究纖維素酶的作用機(jī)理，包括其催化循環(huán)、底物特異性和酶的穩(wěn)定性等方面，對于設(shè)計和改造更高效的纖維素降解系統(tǒng)至關(guān)重要。纖維素資源的高效轉(zhuǎn)化和利用也是一個重要課題。當(dāng)前的研究主要集中在如何將纖維素轉(zhuǎn)化為可再生能源和高附加值化學(xué)品，但轉(zhuǎn)化效率和經(jīng)濟(jì)效益仍需提高。開發(fā)新的轉(zhuǎn)化途徑和工藝，以及提高纖維素轉(zhuǎn)化過程中的酶的耐受性和穩(wěn)定性，是未來研究的重點。在展望未來時，跨學(xué)科合作將是推動纖維素科學(xué)和纖維素酶研究發(fā)展的關(guān)鍵。結(jié)合生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和工程學(xué)等多學(xué)科的研究方法和理論，可以更全面地理解纖維素的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化過程，從而開發(fā)出更有效的技術(shù)和應(yīng)用。隨著生物技術(shù)的不斷進(jìn)步和可持續(xù)能源需求的增加，纖維素科學(xué)和纖維素酶的研究將面臨更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。通過不斷的創(chuàng)新和合作，我們可以期待在這一領(lǐng)域取得更多的突破，為實現(xiàn)綠色能源和可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。參考資料：纖維素酶是一類能夠分解纖維素生成葡萄糖的酶，其在自然界中廣泛存在。由于纖維素是地球上最豐富的可再生資源之一，因此研究纖維素酶的降解機(jī)理，提高纖維素酶的降解效率，對于實現(xiàn)生物能源、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義。纖維素酶是一類復(fù)合酶，包括內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等。這些酶通過協(xié)同作用，將長鏈的纖維素分子逐步降解為葡萄糖。內(nèi)切葡聚糖酶主要作用于纖維素的內(nèi)部非結(jié)晶區(qū)域，隨機(jī)切割纖維素的葡萄糖單元；外切葡聚糖酶則主要作用于纖維素的表面，按固定順序從纖維素的非還原端切向還原端；而β-葡萄糖苷酶則將纖維二糖分解為葡萄糖。內(nèi)切葡聚糖酶的作用機(jī)理：內(nèi)切葡聚糖酶通過活性位點的催化，將纖維素的葡萄糖單元之間的β-1,4糖苷鍵斷裂，生成具有不同長度和葡萄糖單元的寡糖。外切葡聚糖酶的作用機(jī)理：外切葡聚糖酶則通過活性位點的催化，從纖維素的非還原端逐一將葡萄糖單元切除，生成纖維二糖和葡萄糖。β-葡萄糖苷酶的作用機(jī)理：β-葡萄糖苷酶通過活性位點的催化，將纖維二糖分解為兩個葡萄糖分子。近年來，隨著基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等生物技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的纖維素酶基因被克隆和表達(dá)。同時，通過蛋白質(zhì)工程和進(jìn)化工程等技術(shù)手段，對纖維素酶進(jìn)行改造和優(yōu)化，提高其降解效率。利用高通量篩選等技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)和挖掘新的高效纖維素酶也成為研究的熱點。目前，雖然已經(jīng)對纖維素酶降解纖維素的機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，但是仍存在許多問題需要解決。例如，如何進(jìn)一步提高纖維素酶的降解效率、如何實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用等。未來，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，相信這些問題將會得到解決。隨著人們對環(huán)保和能源需求的不斷提高，利用纖維素酶降解纖維素生產(chǎn)生物能源將會成為研究的熱點。需要進(jìn)一步加強(qiáng)纖維素酶降解機(jī)理的研究，為實現(xiàn)生物能源的可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論支持。纖維素酶是一種生物催化劑，可將纖維素分解為可溶性糖類。木質(zhì)纖維素是一種重要的生物質(zhì)資源，具有高纖維素含量和難降解等特點。木質(zhì)纖維素的生物降解轉(zhuǎn)化是實現(xiàn)其高效利用的關(guān)鍵步驟之一。本文將重點介紹纖維素酶與木質(zhì)纖維素生物降解轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考和啟示。纖維素酶的研究已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。根據(jù)作用方式，纖維素酶可分為內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和纖維二糖酶等。內(nèi)切葡聚糖酶主要作用于纖維素內(nèi)部的葡萄糖單元，破壞β-1,4-糖苷鍵；外切葡聚糖酶則從纖維素的非還原端進(jìn)行降解，產(chǎn)生纖維二糖；纖維二糖酶將纖維二糖分解為葡萄糖。目前，纖維素酶的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化，但仍存在一些問題，如酶解效率低、成本高等。木質(zhì)纖維素的生物降解轉(zhuǎn)化研究已受到廣泛。細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物是木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化的主要菌種。真菌如木霉、曲霉和青霉等具有較高的降解能力?；瘜W(xué)降解方法如酸解、氧化和還原等也在木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化中得到應(yīng)用，但化學(xué)方法存在環(huán)境污染等問題。本研究采用微生物降解方法，以木質(zhì)纖維素為主要原料，通過接種真菌對其進(jìn)行生物降解轉(zhuǎn)化。通過單因素實驗和正交實驗，確定了最佳的接種量、溫度、濕度、pH等反應(yīng)條件。通過實驗驗證了生物降解轉(zhuǎn)化過程中酶活性的變化規(guī)律，并采用紅外光譜和掃描電鏡等方法對降解產(chǎn)物進(jìn)行了表征。實驗結(jié)果表明，真菌接種量對木質(zhì)纖維素的生物降解轉(zhuǎn)化具有顯著影響，而溫度和pH的影響相對較小。生物降解轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生了多種低分子量化合物，證明了木質(zhì)纖維素的降解產(chǎn)物具有較高的利用價值。盡管纖維素酶與木質(zhì)纖維素生物降解轉(zhuǎn)化研究取得了一定的進(jìn)展，但仍存在以下不足之處：纖維素酶的酶解效率仍有待提高，導(dǎo)致木質(zhì)纖維素的降解不充分；生物降解方法相對于化學(xué)方法成本較高，需要進(jìn)一步探索降低成本的方法；木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化的工藝復(fù)雜，實際應(yīng)用中需要進(jìn)一步簡化工藝流程，提高生產(chǎn)效率。本文通過對纖維素酶與木質(zhì)纖維素生物降解轉(zhuǎn)化的研究，證實了生物降解方法在木質(zhì)纖維素降解轉(zhuǎn)化中的可行性。仍需進(jìn)一步解決纖維素酶解效率低、成本高以及工藝復(fù)雜等問題。未來研究方向可以包括：發(fā)掘新型高效纖維素酶種，提高酶解效率；優(yōu)化生物降解工藝參數(shù)，降低降解成本；結(jié)合化學(xué)和生物方法，實現(xiàn)木質(zhì)纖維素的全面降解；開展木質(zhì)纖維素降解產(chǎn)物的綜合利用研究等。纖維素酶（β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶）是降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱，它不是單體酶，而是起協(xié)同作用的多組分酶系，是一種復(fù)合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、內(nèi)切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等組成，還有很高活力的木聚糖酶。作用于纖維素以及從纖維素衍生出來的產(chǎn)物。微生物纖維素酶在轉(zhuǎn)化不溶性纖維素成葡萄糖以及在果蔬汁中破壞細(xì)胞壁從而提高果汁得率等方面具有非常重要的意義。纖維素酶（英文：cellulase）是酶的一種，在分解纖維素時起生物催化作用。是可以將纖維素分解成寡糖或單糖的蛋白質(zhì)。纖維素酶廣泛存在于自然界的生物體中。細(xì)菌、真菌、動物體內(nèi)等都能產(chǎn)生纖維素酶。一般用于生產(chǎn)的纖維素酶來自于真菌，比較典型的有木霉屬(Trichoderma)、曲霉屬（Aspergillus）和青霉屬（細(xì)菌產(chǎn)纖維素酶的產(chǎn)量較少，主要是葡聚糖內(nèi)切酶，大多數(shù)對結(jié)晶纖維素?zé)o降解活性，且所產(chǎn)生的酶多是胞內(nèi)酶或吸附在細(xì)胞壁上，不分泌到培養(yǎng)液中，增加了提取純化的難度，因此對細(xì)菌的研究較少。但由細(xì)菌所產(chǎn)生的纖維素酶一般最適pH為中性至偏堿性。近20年來,隨著中性纖維素酶和堿性纖維素酶在棉織品水洗整理工藝及洗滌劑工業(yè)中的成功應(yīng)用,細(xì)菌纖維素酶制劑已顯示出良好的應(yīng)用前景。纖維素酶在食品行業(yè)和環(huán)境行業(yè)均有廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行酒精發(fā)酵時，纖維素酶的添加可以增加原料的利用率，并對酒質(zhì)有所提升。由于纖維素酶難以提純，實際應(yīng)用時一般還含有半纖維素酶和其他相關(guān)的酶，如淀粉酶（amylase）、蛋白酶（Protease）等。纖維素酶種類繁多，來源很廣。不同來源的纖維素酶其結(jié)構(gòu)和功能相差很大。由于真菌纖維素酶產(chǎn)量高、活性大，故在畜牧業(yè)和飼料工業(yè)中應(yīng)用的纖維素酶主要是真菌纖維素酶。英文別名Cellulase;Ku-zyme;Kutrase;Cellulase,aspergillusniger;Cellulase,trichodermaviride;Fungalcellulase纖維素酶根據(jù)其催化反應(yīng)功能的不同可分為內(nèi)切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucanglucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase，EC4），來自真菌的簡稱EG，來自細(xì)菌的簡稱Cen、外切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucancellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase，EC.91），來自真菌的簡稱CBH，來自細(xì)菌的簡稱Cex)和β-葡聚糖苷酶（β-1,4-glucosidase，EC.21）簡稱BG。內(nèi)切葡聚糖酶隨機(jī)切割纖維素多糖鏈內(nèi)部的無定型區(qū)，產(chǎn)生不同長度的寡糖和新鏈的末端。外切葡聚糖酶作用于這些還原性和非還原性的纖維素多糖鏈的末端，釋放葡萄糖或纖維二糖。β-葡萄糖苷酶水解纖維二糖產(chǎn)生兩分子的葡萄糖。真菌纖維素酶產(chǎn)量高、活性大，在畜牧業(yè)和飼料工作中主要應(yīng)用真菌來源的纖維素酶。纖維素酶反應(yīng)和一般酶反應(yīng)不一樣，其最主要的區(qū)別在于纖維素酶是多組分酶系，且底物結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。由于底物的水不溶性，纖維素酶的吸附作用代替了酶與底物形成的ES復(fù)合物過程。纖維素酶先特異性地吸附在底物纖維素上，然后在幾種組分的協(xié)同作用下將纖維素分解成葡萄糖。1950年，Reese等提出了C1-Cx假說，該假說認(rèn)為必須以不同的酶協(xié)同作用，才能將纖維素徹底的水解為葡萄糖。協(xié)同作用一般認(rèn)為是(C1酶)首先進(jìn)攻纖維素的非結(jié)晶區(qū)，形成Cx所需的新的游離末端，然后由C酶從多糖鏈的還原端或非還原端切下纖維二糖單位，最后由β-葡聚糖苷酶將纖維二糖水解成二個葡萄糖。纖維素酶的協(xié)同作用順序不是絕對的，隨后的研究中發(fā)現(xiàn)，C1-Cx和β-葡聚糖苷酶必須同時存在才能水解天然纖維素。若先用C1酶作用結(jié)晶纖維素，然后除掉C1酶，再加入Cx酶，如此順序作用卻不能將結(jié)晶纖維素水解。纖維素酶的最適pH一般在5~5。葡萄糖酸內(nèi)酯能有效的抑制纖維素酶，重金屬離子如銅和汞離子，也能抑制纖維素酶，但是半胱氨酸能消除它們的抑制作用，甚至進(jìn)一步激活纖維素酶。植物組織中含有天然的纖維素酶抑制劑；它能保護(hù)植物免遭霉菌的腐爛作用，這些抑制劑是酚類化合物。如果植物組織中存在著高的氧化酶活力，那么它能將酚類化合物氧化成醌類化合物，后者能抑制纖維素酶。菌種選育是纖維素酶生產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作，國內(nèi)外許多專家進(jìn)行了大量研究，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的纖維素酶產(chǎn)品，王家林等（1996）在吸收國內(nèi)外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，先后引進(jìn)了綠色木霉木綠色木霉Sn-91康氏木霉NT-黑曲霉-15A，在此基礎(chǔ)上，采用了紫外線、特定電磁波輻射、線性加速器，亞硝基胍等物理、化學(xué)的誘變方法，獲得了高產(chǎn)菌株NT15-H、NT15-HT-15H、T-15H1。其中木霉NT-15H固體培養(yǎng)活力經(jīng)輕工部食品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心南京站檢測表明，濾紙活力為3670u/g,C1-酶活力24460u/g，Cx-酶活力1800u/g，已達(dá)到國際先進(jìn)水平。此菌種在工廠化生產(chǎn)中性能穩(wěn)定。張苓花等（1998）采用康氏木霉W-925，J-931，經(jīng)過濃度為2%硫酸二乙酯和紫外線（15W、30cm、2min）復(fù)合誘變后，得到了產(chǎn)酶活性高的Wu-932菌種，該菌種CMC糖化力達(dá)到2975，濾紙?zhí)敲富钚詾?31，比出發(fā)菌W-925分別提高了100%和81%?；げ匡暳咸砑觿┘夹g(shù)服務(wù)中心王成書等（1997）采用該中心的里氏木霉A3先進(jìn)行紫外線和亞硝基胍復(fù)合誘變后，將處理過的孢子接種于纖維雙層平板上，30℃培養(yǎng)5-8天，15℃放置7-10天，挑選透明圈直徑和菌落直徑比較大的單菌落進(jìn)行三角瓶固態(tài)發(fā)酵再篩選，得到了產(chǎn)纖維素酶活力很高的里氏木霉91-3菌株。纖維素酶菌種易退化，退化后其產(chǎn)酶力明顯降低，其原因可能有三個方面：③菌種長時間低溫斜面保藏，會在分生孢子上長出次生菌絲，而次生菌絲所形成的分生孢子生命力弱，這可能是菌種退化的主要原因。為了避免纖維素酶菌種退化，張苓花等（1998）報道，采用砂土管保藏菌種。即將過篩洗凈的砂子與土以3：2比例混合分裝在試管內(nèi)，用1kg/cm2壓力滅菌30分鐘共三次，將欲保存的斜面菌種制備成1000ml孢子懸浮液，每個砂土管注入5ml，搖勻，放入盛有無水CaCl2真空干燥器內(nèi)保存。經(jīng)測定，在所測的121天內(nèi)，酶的活性基本不變；酶活性下降50%的時間，由常規(guī)方法的60天延長至160天，明顯地減緩了菌種退化速度。纖維素酶的生產(chǎn)工藝主要有兩種，即固體發(fā)酵和液體發(fā)酵，其工藝如下：影響纖維素酶產(chǎn)量和活力的因素很多，除菌種外，還有培養(yǎng)溫度、pH、水分、基質(zhì)、培養(yǎng)時間等。這些因素不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。張中良等（1997）采用均勻設(shè)計Cl12(1210)，以綠色木霉（T.ViriclePers.expr）為菌種，研究了影響產(chǎn)纖維素酶的五大因素對產(chǎn)酶量和活力的作用，認(rèn)為基質(zhì)粗纖維含量為40%、初始pH加水4倍、在26-31℃條件下培養(yǎng)45h可獲得最大產(chǎn)酶量26mg/g和CMC酶活力20mg/g·h。王成華等（1997）也研究了其誘變篩選的里氏木霉91-3的產(chǎn)酶條件，結(jié)果表明該菌種以7：3的秸稈粉和麥麩，另添加4%硫酸銨、4%磷酸二氫鉀、1%硫酸鎂為最佳培養(yǎng)基，28-32℃為適宜培養(yǎng)溫度，30℃為最佳溫度，4%為最佳接種量，96h到達(dá)發(fā)酵高峰。張苓花等（1998）研究了以康氏木霉W-925為出發(fā)菌，經(jīng)誘變后得到的Wu-932纖維素酶高產(chǎn)菌的最佳發(fā)酵條件。結(jié)果表明，以1：2的麥麩和稻草粉為培養(yǎng)基，5%的接種量，稻草粉碎平均長度3-5mm，初始pH4-5，溫度在28-35℃，發(fā)酵時間72h為最佳發(fā)酵條件。飼用纖維素酶普遍存在一種俗稱的“白毛菌”污染。污染后輕者酶活性下降，重者發(fā)酵失敗。為此，研究控制發(fā)酵污染意義很大。張苓花等（1998）研究“白毛菌”的菌落特征、來源、生長和生理特征及控制方法，找到了一種與康氏木霉Wu-932呈共生關(guān)系，而與“白毛菌”呈競爭性抑制關(guān)系的熱帶假絲酵母菌J-931。利用此菌進(jìn)行混合發(fā)酵，可有效地控制“白毛菌”的污染。常見的畜禽飼料如谷物、豆類、麥類及加工副產(chǎn)品等都含有大量的纖維素。除了反芻動物借助瘤胃微生物可以利用一部分外，其它動物如豬、雞等單胃動物則不能利用纖維素。焦平林等（1996）用閹牛試驗，在日糧中按每頭每日添加纖維素酶40g，飼喂60天，結(jié)果表明加酶組日增重78g，對照組日增重8g，差異極顯著（P<01）。焦平林又用30頭荷斯坦奶牛進(jìn)行試驗，試驗組按每頭每日添加50g纖維素酶，結(jié)果表明，試驗組15頭奶牛在68天總產(chǎn)奶量為2916kg,而對照組15頭奶牛在68天的總產(chǎn)奶量為2689kg，差異顯著（P<05）。付連勝等（1998）報道，在瘤胃功能正常狀態(tài)下，成年奶牛及育成牛飼喂纖維素酶5天后，其糞便干物質(zhì)和飼喂前相比，減少30%，一周后，封閉式牛舍氨含量下降70%左右，粗飼料采食量提高8-10%，尿中尿素下降9%，懷孕奶牛在產(chǎn)前30天始飼喂纖維素酶，分娩后，不產(chǎn)生生理性消化不良癥狀，胎兒體重可增加5-3kg，并無畸形和弱胎。產(chǎn)牛體質(zhì)恢復(fù)快，產(chǎn)奶高峰維持時間長（一直至第四個泌乳月）。趙長友等（1998）綜述了纖維素酶在草食動物日糧中的應(yīng)用，均取得了顯著效果。肉雞日糧一般以高魚粉、高玉米、高豆粕為主。為減少這些常規(guī)原料的使用量，廣泛采用廉價的飼料原料，秦江帆等（1996）在肉雞日糧中提高富含纖維的麥麩比例，添加05%、1%纖維素酶制劑進(jìn)行試驗，結(jié)果表明，添加1%纖維素酶組比對照組在1-3-7-8周三個生長階段日增重分別提高31%、54%、13%，耗料比分別下降56%、50%、3%。徐奇友（1998）在蛋雞日糧中添加1%、15%、5%纖維素酶，結(jié)果表明，在1-10月的產(chǎn)蛋期間，產(chǎn)蛋率分別提高53%、25%、88%，酶水平15%和5%組的破蛋率降低49%、19%，蛋殼強(qiáng)度分別提高71%和41%。據(jù)尹清強(qiáng)等（1992）報道，在基礎(chǔ)日糧中添加6%和2%纖維素復(fù)合酶，結(jié)果生長育肥豬增重比對照組分別提高84%和86%。Wank等（1993）報道，添加纖維素酶，使中性洗滌纖維消化率由3%提高到1%，酸性洗滌纖維消化率從8%提高到9%，能量消化率由3%提高到8%。我國是一個飼料資源十分緊張的國家，土地少、人口多，人畜爭糧的矛盾十分突出。要保持我國飼料工業(yè)和畜牧業(yè)的持續(xù)發(fā)展，必須解決好飼料問題，否則將嚴(yán)重制約其發(fā)展。纖維素是自然界中十分豐富的資源，是800-1200個葡萄糖分子聚合而成?？赏ㄟ^微生物發(fā)酵充分利用農(nóng)副產(chǎn)品下腳料、秸稈、糠生產(chǎn)纖維素酶添加劑，用于提高畜禽生產(chǎn)性能，提高飼料利用率，改善飼料的營養(yǎng)價值，降低飼料成本和提高經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的開發(fā)前景，今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)纖維素酶研究和開發(fā)工作。主要有如下幾方面：纖維素酶應(yīng)用于飼料，作用于動物消化道，其機(jī)制尚未清楚。從理論上決定其添