纤维素酶在各行业中的应用

纤维素酶在各行业中的应用现状 纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称 它不是单成分酶 而是起协同作用的多组分酶系 我国对纤维素酶的研究起源于20世纪60年代 主要研究方向是应用于食品领域和酿造业 还有造纸工业及纺织工业等 70年代 纤维素酶类作为饲用添加剂被引人到饲料工业的研究中 在实践中已有很大成效 随着科学技术的进步 纤维素酶在中兽药中的应用也日益成为人们研究的热点 简介 饲料用纤维素酶 饲用纤维素酶的营养作用机理1 补充动物内源酶的不足 刺激内源酶的分泌在草食动物中 虽有一定量的分解纤维素的微生物存在 但其产生的纤维素酶种类和数量有限 加上在消化道中停留时间短 酶的作用远远没有发挥出来 使粗纤维的消化吸收受到一定限制 致使饲料没有完全消化吸收即被排出体外 造成浪费 且单胃动物如猪 鸡等体内由于缺乏内源性纤维素酶 不能消化纤维素 添加纤维素酶可补充内源酶的不足 提高动物对粗纤维的利用率 同时还可以改善消化道酶系组成 酶量及活性 从而提高对营养物质的利用率 2 破坏植物细胞壁 提高对营养物质的消化吸收率植物细胞壁主要是由纤维素 半纤维素和果胶组成的一层稳定而坚固的外壳 阻止了动物对细胞内营养物质的消化吸收 而由木霉 曲霉等制备的纤维素酶制剂在半纤维素酶 果胶酶等的协同作用下 破坏植物细胞壁 使细胞内容物溶解出来 再由复合酶中的蛋白酶和淀粉酶等进一步降解 增加吸收率 同时也增加了非淀粉多糖的消化率 进而提高了多纤维原料的利用率 3 清除饲料抗营养因子 提高饲料的价值抗营养因子的存在 降低了动物对饲料养分的利用率 从而降低了饲料营养价值 果胶 半纤维素部分溶解在水中产生粘性溶液 增加了动物消化道的粘度 对内源酶来说是一个屏障 缩短了饲料通过胃肠道的时间 降低了营养物质的同化作用 导致饲料吸收率降低 而添加纤维素酶 半纤维素酶和果胶酶后可将饲料中的纤维素 半纤维素 果胶等大分子物质分解为单糖和寡糖 降低粘稠度 促进内源酶的扩散 增加酶与营养物质的接触面积 从而增加养分的消化吸收 4 改善消化道中菌群的关系在动物消化道内 纤维素交错 缠绕 粘附 且在半纤维素和果胶部分水解后产生粘性溶液 增加了消化道的粘度 不利于有益菌群的定植 阻碍了微生物的生长繁殖 而在摄入纤维素复合酶后 纤维素 半纤维素和果胶被降解 使消化道粘度降低 并且增加了可溶性物质的含量 为微生物生长繁殖提供了养料 同时 纤维素酶产生菌所形成的其他一些物质可调整胃肠道菌群平衡生长 从而促进了有益微生物生长 改善了消化道菌群关系 同时也增加消化道内单细胞蛋白含量 提高了饲料的营养价值 应用1 食品 中药 植物性提取 添加量 0 05 0 1 按照 2万酶活的计算 2 纺织工业 纺织品经饲料用纤维素酶洗涤后 外观质量提高 布面光洁 纹路清晰 无死棉 具有很好的柔软性和悬垂性 具有永久的抗起球起毛效果 提高纺织品的染整加工性能 提高洗涤速度和洗涤效果 降低破损率和次品率 推荐使用量 2 5 5 0g kg衣物重 5 1水与衣物比率 5 0 10 0g kg衣物重 10 1水与衣物比率 3 饲料工业 作为饲料用添加剂 提高饲料消化率 有利于动物对蛋白质的消化吸收 提高饲养效果 明显的提高畜禽增重 产乳量 和产蛋量 并提高抗病力和适应环境的能力 添加量 0 05 0 1 按照 2万酶活的计算 4 酒精和酿酒工业 破坏植物细胞壁 促进淀粉释放和纤维素的降解 提高出酒率 添加量 0 05 0 1 按照 2万酶活的计算 纤维素酶在食品中的应用现在纤维素酶已被用于果蔬汁的提取 果汁的澄清 马铃薯中淀粉类的有效分离等 加入纤维素酶可达到提高细胞内含物的提取率 改善食品质量 简化加工工艺和难度等目的 纤维素酶也可增加食品的营养成分 1 在食醋酿造中的应用食醋酿造过程中 将纤维素酶与糖化酶混合使用 可明显提高原料利用率和出品率 将纤维素酶用于液态发酵酿造食醋 纤维素酶的加入量为10 50 mol min 酒精产量 食醋产量和主料出品率可分别提高7 5 23 8 0 25 1 38kg和5 1 27 2 2 在酱油酿造中的应用酱油是一种富有营养价值的调味品 酱油的天然酿造除了用蛋白酶淀粉酶等各种酶作用的方法 在入池发酵时加入纤维素酶 可使大豆类等原料的细胞膜膨胀软化破坏 使包藏在细胞中的蛋白质碳水化合物释放这样既可提高酱油浓度 改善酱油质量 又可缩短生产周期 提高产率 而且使成品酱油的氨基酸含量可提高12 糖分提高18 色泽好 不需要外加糖色 另外纤维素酶可以把酿造酱油原料中的天然纤维素分解成葡萄糖 被分解的葡萄糖在酱油酿制的发酵过程中可进行美拉德反应加深酱油的色泽 同时还可成为有益微生物的碳源 所以 纤维素酶在酱油酿造中起着重要作用 而且 用纤维素酶预处理啤酒糟可提高啤酒糟蛋白酶解率10 以上 纤维素酶应用于制酒工业 在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出酒率和原料的利用率 降低醪液的粘度 缩短发酵时间 生产酒精的原料大多为玉米高粱木薯和薯干 这些原料中含有丰富的淀粉外 一定比例的纤维素 半纤维素及其他碳水化合物 等 使用纤维素酶 可同时将淀粉和纤维素转化为糖 原料利用率提高 再经酵母分解全部转化为酒精 用野生果实酿酒时加入纤维素酶 出酒率最高可达29 5 纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面 纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面 一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用 另一方面 由于纤维素酶植物细胞壁的分解 有利于淀粉释放和利用 现在 日本现已完成由蔗渣 稻草为原料生产燃料酒精的中试 3 在酒类酿造中的应用 缺点我国是一个资源十分紧张的国家 土地少 人口多 纤维素是自然界中十分丰富的资源 是800 1200个葡萄糖分子聚合而成 但也有它的不足之处 今后应进一步加强纤维素酶研究和开发工作 1 进一步加强纤维素酶的作用机制研究 2 酶的产量和活性都不高 成本偏高 3 加强纤维素酶检测方法研究 结论 食品工业是纤维素酶应用最广泛的邻域之一 现阶段 纤维素酶已广泛应用于食品等一些行业中 纤维素酶来源广 成本低 可提高产品质量和原料利用率 除上面写的应用外 纤维素酶在活性物质提取 油料作物 啤酒生产 焙烤食品等方面也起着重要的作用 但在纤维素酶的应用上还存在一些不足 相信在以后的路上这些不足会得以解决 纤维素酶会得到更好更多的应用 总之 纤维素酶应用前景广阔 在畜牧业上的应用纤维素酶是畜牧业的一种新型饲料添加剂 能够分解饲料中结构复杂的纤维素 生成易消化的葡萄糖 便于动物吸收 该酶主要有3个作用 1 消除抗营养因素 2 补充内源酶 3 改善胃中微生态平衡 大量试验表明 在饲料中添加纤维素酶对各种动物的饲喂效果十分显著 在生物质能源开发上的应用资源的日渐枯竭 大规模开发利用可再生资源显得非常重要 而生物质是唯一可以转化为液体燃料的可再生资源 将生物质转化为液体燃料 不仅能够弥补如石油 煤炭 天然气等化石燃料的不足 而且有助于保护生态环境 纤维生物质中的纤维素可被纤维素酶降解生成还原糖 再利用还原糖的发酵来生产具有更强的可持续性的第二代生物燃料 纤维素燃料乙醇 这对解决人类的发展问题具有化时代的意义 目前生物乙醇主要是采用淀粉为原料生产 其成本价较高 为此 以廉价的农作物秸秆等生物废料为原料的纤维素生物乙醇生产技术已成为研究的热点 全球已有几十套中试生产线 我国现在也对生物燃料这方面积极开展科学研究与利用工作 纤维素酶也可用于中药的提取 中药酶法提取是选择适当的酶 将细胞壁的组成成分水解或降解 破坏细胞壁结构而提取有效成分 与传统方法相比 该法具有温度低 效率高 无污染等优点 在其他方面的应用 纤维素酶可以安全 高效地降解天然纤维素 这是其它处理方式无法比拟的 特别是在当今能源短缺 污染严重的时代 已