纤维素酶和半纤维素酶市场调研报告

1、纤维素酶和半纤维素酶市场调研报告目录第一章 纤维素酶和半纤维素酶概述 第一节 纤维素酶和半纤维素酶定义 第二节 纤维素酶和半纤维素酶概述 第二章 纤维素酶和半纤维素酶技术发展趋势 第三章 纤维素酶和半纤维素酶国内外市场综述 第一节 纤维素酶和半纤维素酶市场状况分析及预测 第二节 纤维素酶和半纤维素酶产量分析及预测 第三节 纤维素酶和半纤维素酶需求量分析及预测 第四节 纤维素酶和半纤维素酶产供需状况分析及预测 第五节 纤维素酶和半纤维素酶价格分析 第六节 纤维素酶和半纤维素酶进出口状况分析第四章 国内纤维素酶和半纤维素酶生产厂家介绍 第五章 国内纤维素酶和半纤维素酶拟建及在建项目 第六章 纤维素

2、酶和半纤维素酶经销商 第七章 国外纤维素酶和半纤维素酶市场分析 第一节 概述 第二节 亚洲 欧盟 北美自由贸易区 第八章 国外纤维素酶和半纤维素酶生产商进口商概述第一章 纤维素酶和半纤维素酶概述 第一节 纤维素酶和半纤维素酶定义 纤维素酶(cellulase)是指能水解纤维素1，4葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶总称，它不是单一酶，而是起协同作用多组分酶系。纤维素酶由葡聚糖内切酶(ec3.2.1.4，也称cx酶)、葡聚糖外切酶(ec3.2.1、91，也称c1酶)、葡萄糖苷酶(ec2.1.21，也称cb酶或纤维二糖酶)三个主要成分组成的诱导型复合酶系。c1酶和cx酶主要溶解纤维素

3、，cb酶主要将纤维二糖、纤维三糖转化为葡萄糖，当三个主要成分的活性比例适当时，就能协同作用完成对纤维素降解。其酶催化效率高，比一般酶高106-107倍；酶的催化反应具高度专一性，酶对其作用底物有严格选择性；催化反应条件温和；酶催化活力可被调节控制：无毒性。第二节 纤维素酶和半纤维素酶概述 纤维素酶应用在畜牧业应用 纤维素酶是畜牧业中一种新型饲料添加剂。利用纤维素酶(添加量一般在0.1%-0.3%)能将饲料中一部分难于消化纤维素转化为糖和菌体蛋白，改进动物饲料利用性，能使畜禽最大限度利用饲料，减少饲料消耗，提高饲料利用价值，减少畜禽消化道疾病发生；同时可减少饲料用量，降低养殖成本。在食品工业应用

4、 纤维素酶在食品工业应用极为广泛。如将纤维素酶应用于豆腐生产工艺中，结果表明，在大豆浸渍时添加0.5%-5.0%纤维素酶，可提高4.00%-11.01%豆腐出品率，且所产豆腐色质和风味无明显变化，同时不改变原有生产工艺路线，其经济效益比较明显。用纤维素酶处理茶叶制备速溶茶，可有效提高速溶茶提取率，具有一定稳定性，制成速溶茶不仅保持茶叶天然的色、香、味和营养成分，且无不溶性渣滓，饮用方便。纤维素酶应用于果蔬榨汁、花粉饮料有利于细胞内物质渗出、增加出汁率约10%、减少压榨压力、促进汁液榨取和澄清作用。纤维素酶处理植物可使细胞壁发生不同程度改变，如软化、膨胀和崩溃等，从而可提高细胞内含物提取率，用于

5、处理大豆，不仅可促使其脱皮、增加从豆类中提取优质水溶性蛋白质得率，且还可回收豆渣中蛋白质和油脂。纤维素酶用于淀粉制造，可缩短时间，增加得率；还有报道称，用纤维素酶结合现代工程技术可改善烟草品质。 白酒酿造所用原料中纤维含量较大，使用纤维素酶后，可同时将淀粉和纤维素转化为糖，再经酵母分解全部转化为酒精，提高3%-5%出酒率，且酒体质量纯正，淀粉和纤维利用率高达90%。纤维素酶用于固态无盐酱油发酵，能将包裹蛋白质的纤维素分解，使蛋白质呈裸露状态，便于蛋白酶分解蛋白质，提高酱油得率，加快发酵速度，改善酱油风味和质量，酶制剂用量仅为0.0125%，酱油中还原糖增加10.7%，色度提高4.2%，全氮和原

6、料利用率分别比不加纤维素酶提高8.6%和8.1%。在食醋酿造过程中，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；应用于啤酒工业麦芽生产上，可增加麦粒溶解性、加快发芽、减少糖化液中葡萄糖含量，改进过滤性能。在洗涤剂工业应用 近年来，碱性纤维素酶在洗涤剂上应用改变传统去污机制。酸性纤维素酶对木质素作用是一个糖化过程，在多种组分协同作用下能得到更多最终产物葡萄糖；而碱性纤维素酶是一种组分的内切葡萄糖苷酶，主要与棉纤维中仅占10%左右非结晶区纤维素分子起作用，碱性纤维素酶可选择性吸附在棉纤维非结晶区，使棉纤维膨松，水合纤维素分解，胶状污垢脱落。沈雪亮等(2002)从废纸浆中选育一株芽孢杆

7、菌，该菌产羧甲基纤维素酶能力很强，显示重要工业应用价值，具有良好应用前景。其它方面 纤维素酶在纺织、造纸、地质钻井等方面均有很大应用潜力，利用纤维素酶对纤维织物进行生物整理，经纤维素酶整理的织物具有滑爽、布面清晰、悬垂性好、吸湿性强等特点，并具有一定的“丝光”效果。用纤维素酶适当处理纸浆，能增加微细纤维生成量和提高保水度，有可能促进某些纸张抗张力提高。此外，纤维素酶还应用于医药行业制消化剂等。另外，纤维素酶在草药提取方面也有一定应用。前景展望 纤维素是自然界中十分丰富资源，纤维素酶具有高效性和安全性，我国对纤维素酶的主要研究方向是用于食品和酿造领域。自20世纪80年代以来，纤维素酶菌种产酶能力

8、和生产技术水平都有较大提高，90年代后建成一些纤维素酶生产厂，但由于菌种选育和生产技术进展不大、酶活力低、成本高，没有形成大规模生产。鉴于目前存在的问题，拟提出以下研究方向，进一步加强纤维素酶作用机制研究。 (1)我国由于菌种选育进展不大、酶活力低、产酶成本高，没有形成大规模生产。应加强菌种选育的基础研究工作，以提高其产量和活性，特别是要注意利用基因重组技术选育出活性高、产酶量大的菌种。(2)目前国内生产技术方法进展不大，大多采用固体发酵法，成品纤维素酶的分离纯化极为困难，外观粗糙、质量不稳定，杂质含量高，所以研究液体发酵具有实际意义。 (3)加强纤维素酶酶活检测方法研究。虽现有纤维素酶酶活的

9、检测方法很多，但真正能适合工业化检测方法还没有，给实际工作带来困难，应尽快制订出统一检测方法，供生产中应用。 我国的农业副产品资源丰富，使得利用这些农作物秸秆等作为发酵底物进行纤维素酶发酵具有广阔的发展前景，且可以充分利用资源。纤维素酶在饲料工业中的研究与应用纤维素作为植物光合作用的主要多糖类产物，是地球上最为丰富的可再生性天然资源。liitzen等在1983年推算出纤维素的合成速率相当于全人类每人每天70kg，这一结果足以显示其对整个人类的价值所在。然而，植物纤维素的高聚合度、毛细管结构、木质素和半纤维素所形成的保护层及其超分子结构中具有高结晶度(crystallinity index)的结

10、晶区存有大量氢键(包括分子链内、链间及分子链与表面分子之间形成的氢键)造成纤维素难以被利用，目前约有80%未被开发利用，具有极为诱人的前景。对纤维素的深入研究和利用必将是解决当前许多国家面临的粮食、饲料和能源短缺及环境污染等问题的一条有效途径；利用饲料生物技术及微生物发酵工程降解纤维素，达到资源有效利用的技术研究和成果转化已成为21世纪各国共同关注的一项重大课题。为进一步加快纤维素酶在饲料工业的应用开发研究，现就关于利用纤维素酶降解纤维素，使其达到有效利用的研究现状及发展前景作一综述。1 纤维素酶的分子生物学 纤维素酶是指所有参与降解纤维素最终转化为葡萄糖的各种酶的总称。它是一类复杂的复合物，

11、故而又被称为纤维素酶系(cellulase system)。1.1 能降解纤维素的微生物 自然界能降解纤维素的微生物包括细菌、真菌和放线菌等。细菌类有红黄纤维弧菌、普通纤维弧菌、瘤胃球菌和荧光极毛杆菌等；真菌类有黑曲菌、血红栓菌、卧孔属、疣孢漆斑菌qm460、绳状青霉、变幻青霉、变色多空霉、ptuliopifera、乳齿耙菌、腐皮镰孢、绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉、嗜热毛壳菌qm9381和嗜热子囊菌qm9383等； 放线菌纲有链霉属qmb814、高温放线菌属和theremomonospora curvata等。1.2 纤维素酶的组分 不同种类的微生物所形成的纤维素酶系之间在组分和性质上均有很大

12、的差异。从广义角度分，纤维素酶系包括水解酶类、氧化酶类和磷酸化酶类。其中有苯醌脱氧酶、纤维二糖氧化酶/氢化酶、乳酸酶、内切葡聚糖酶、葡萄糖苷酶、外切葡萄糖水解酶/外切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶、纤维二糖磷酸化酶、纤维糊精磷酸化酶和纤维二糖差向异构酶。从狭义的角度分，纤维素酶系仅仅包括内切葡聚糖酶(简称c1或eg)，纤维二糖水解酶(简称cx或cbh)和葡萄糖苷酶(简称bg)三种水解酶，因只要这三种酶共同作用就可以将纤维素彻底水解为葡萄糖，故被研究者形象地称为“完全”纤维素酶系(“complate” cellulase system)。2 纤维素酶的分子结构及作用机理2.1 纤维素酶的分子结构 借助

13、现代化分析技术和方法，如重组dna、电镜和x射线扫描、作用位点修饰和点诱变、局部蛋白水解、亲和色谱分离、在特性和配体结合研究方面的人工基质的采用等，人们对纤维素酶分子结构的研究工作开展了广泛的工作。迄今为止，一级结构已经被分析确定的纤维素酶至少有20种。通过比较分析，人们发现许多不同纤维素酶间表现出一定的同源性(homology，也称保守性)；作用于-底物的酶尽管它们在一级结构上无同源性或同源程度很低，但三级结构上仍有可能表现较大同源性。研究还证实，绝大多数真菌(如tteesi)和一些细菌(如c.fimi)所产生的纤维素酶为糖蛋白，而糖基化的程度取决于酶和菌的种类，范围从极小到约为酶重的90%

14、。到目前的一些研究表明，糖基化在稳定蛋白质构象，提高热稳定性，抵抗蛋白酶解或变性以及促进酶分泌和底物识别方面均有一定作用。2.2 纤维素酶系各组分间的协同作用及酶解机理2.2.1 “完全”纤维素酶系三种酶组分的水解作用及对不同基质的作用能力见表。2.2.2 纤维素酶系的酶解机理 通常认为，纤维素酶系主要包括c1酶、c2酶和葡萄糖苷酶。一般规律，c1酶主要作用于天然纤维素，将其转变成水合非结晶纤维素，而对结晶纤维素（如棉花和微晶纤维素）无活性，但可水解非结晶纤维聚和可溶性底物(如羧甲基纤维素钠)，纤维低聚糖也是其底物，其水解速率随链的加长而加快。c1酶又可分为cx1酶和cx2酶。cx1酶是内断型

15、纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子内部作用于1，4糖苷键，生成纤维素糊精和纤维二糖；cx2酶为外断型纤维素酶，它从水合非结晶纤维素分子的非还原性末端作用于1，4葡萄糖苷键，每次切下一个纤维二糖分子。葡萄糖苷酶，又称纤维二糖酶，它作用于纤维二糖生成葡萄糖。这些酶协同作用可将纤维素彻底降解为葡萄糖。 纤维素酶可破解富含纤维素的细胞壁，使其包含的蛋白质、淀粉等营养物质释放出来并加以利用，同时又可将纤维降解为可被畜禽机体消化吸收的葡萄糖，从而提高饲料利用率。2.2.3 纤维素酶系的作用 (1)补充同源酶的不足，促进动物消化吸收，提高饲料利用率。由于动物生理上的差异，不同动物消化道中酶系不同，数量也很有

16、限，再加上在消化道中停留时间短，酶的催化作用远远没有发挥出来，饲料未被充分消化吸收而被排出体外，造成浪费。添加纤维素酶可提高动物对粗纤维的利用率。同时可改善单胃动物消化道环境，激活胃蛋白酶。(2)摧毁植物细胞壁，使营养物质更好地被吸收利用。纤维素酶，半纤维素酶，果胶酶的协同作用，破坏植物细胞壁，使营养物质释放出来，增加动物对植物原料的利用率。(3)消除抗营养因素，促进动物健康成长。半纤维素和果胶部分溶于水后产生粘性溶液，增加消化道的粘度，对内源酶造成障碍，而添加纤维素酶可降低粘度，增加内源酶的扩散，提高酶与养分接触面积，促进饲料的良好消化，提高动物健康水平。（4）利于发挥酶的协同催化作用。大量

17、研究证实，复合酶的效果优于单一酶，酶的合理搭配又有利于发挥整体效应。3 影响纤维素酶系作用的因素 31 温度对纤维素酶解的影响 在纤维素酶解反应中，温度是一个很重要的影响因素，它不仅影响反应速度，而且影响纤维素的活性。一方面，当温度升高时，反应速度加快，有利于纤维素酶解的进行；另一方面，随着温度升高而使酶蛋白逐步变性，反应速度随之下降。因此，酶反应存在一个最适温度，如bgase最适温度为70；而c1酶为42；fpa酶活是c1酶、cmcase和bgase的综合酶活，最适温度为50。不论是天然纤维素还是气爆麦草最佳水解温度为50，纤维素酶解率在4550最大。3.2 ph值对纤维素酶解的影响 由于p

18、h值的改变可破坏酶空间构象，引起酶活的损失，还能影响酶活性中心催化基团的解离，使底物转变成产物过程受影响；同时ph值的改变影响酶活性中心结合基团的解离状态和底物解离状态，使底物不能与其结合，或结合后不能生成产物。因此，纤维素酶同样存在最适ph值。如c1酶和bgase酶最适ph值为5.0，而cmcase要求的ph值较低些。3.3 底物浓度对纤维素酶解的影响 酶和底物的作用是通过酶和底物生成复合物进行的，底物浓度与酶解速度关系符合米氏酶促动力学方程。在一定温度、ph值及酶浓度条件下，底物浓度对酶的催化反应速度产生影响：当底物浓度较低时，酶活性中心未被饱和，反应速度随底物浓度的增加而迅速增加；底物浓

19、度继续增加时，反应速度增加率就比较小，当底物浓度增加至某种程度时，酶的活性中心被饱和或趋于饱和，反应速度达到一个极限值，此后即使再增加底物浓度，反应速度增加较小或不再增加，同时会增加酶解反应的不均一性。3.4 纤维素酶用量对纤维素酶解的影响 一定量的纤维素在一定的粉碎程度下，纤维素分子能和酶分子结合到结合点的数量是有限的，当这些结合点全部被纤维素酶分子占据后再增加纤维素酶的用量，新增加那部分酶分子无法和纤维素分子结合，因此起不到酶解作用。从经济的角度讲，酶用量要尽可能的少。3.5 木质素对纤维素酶解的影响 半纤维素和木质素对纤维素酶的可及性影响降低纤维素酶向纤维素的扩散速度，因为纤维素酶不仅降

20、解纤维素的表面，而且还要向纤维素内部扩散，因而降低酶解速度；另外，半纤维素及木质素具有无效吸附作用，使纤维素酶量增加；木质素起屏蔽作用，木质素含量越高屏蔽作用越大，从而降低了酶解率。4 纤维素酶在养殖业中的应用 纤维素酶作为饲料添加剂应用于养殖业，它的使用方法有体外酶解法和体内酶解法两种。前者因为费工费时和成本较高的缺点而研究较少。后者相对简单易行，目前正受到研究者的普遍采用，并先后对反刍兽、单胃动物(肉鸡、蛋鸡、猪等)进行了饲喂试验。4.1 纤维素酶在反刍动物中的应用 尹清强等在黑白花奶牛日粮中添加纤维素酶50g/头天，产奶量提高8.9%；吴明楼以奶牛为研究对象得出了纤维素酶提高奶产量并对奶

21、质无影响得结果。尹清强等在绵羊日粮中添加纤维素酶30 g/头天，使处于牧草丰盛期和枯萎期的绵羊日增重分别提高153.41%和4.91%，同时还使羊毛产量提高5.04%，陈侠甫等在梅花鹿试验中也有类似报道。4.2 纤维素酶在单胃动物中的应用 单胃动物不能分泌断裂1，4糖苷键的内源酶，除肠道中的微生物可以降解部分纤维素外，饲料中的纤维素对单胃动物而言几乎不具有营养价值。并由于纤维素的交错、缠绕和粘附，阻碍营养物质的消化和吸收并影响肠道微生物菌群的平衡。因此在单胃动物日粮中添加纤维素酶具有营养和保健的双重功效。4.2.1 肉鸡 尹清强等(1993)在日粮中添加纤维素酶饲喂肉鸡可使肉鸡饲料消耗下降16

22、.25%，体重增加2.88%，料肉比降低10.18%；日本学者将0.2%的纤维素酶加入肉鸡日粮中，以及秦江帆等进行的相关试验，均得出类似结果。4.2.2 蛋鸡 王怀凡等(1995)在蛋鸡常规饲料中添加0.1%的复合纤维素酶，试验组的产蛋率比对照组提高10.8%，蛋重提高1.7%，料蛋比下降14.6%；徐奇支等(1998)在蛋鸡饲料中添加0.1%和0.5%的纤维素酶降低了破蛋率。4.2.3 猪 王尧等(1995)用前期含草粉10%、后期含草粉15%的日粮添加纤维素酶饲喂肥育猪，试验组比对照组日增重提高0.255kg，料肉比下降0.24，每头每日增加效益0.95元。4.3 应用中存在的问题 纤维素

23、酶作为一种饲料添加剂，对于畜禽取得了不同程度的促增长效果，同时在草食家畜胃肠道疾病的治疗方面也有一定的应用。但目前在应用和研究方面还存在一些问题。如：(1)缺乏纤维素酶对畜禽生理机能的影响和毒性研究；(2)如何解决纤维素酶最适作用条件与动物机体消化道内环境的差异，如何延长纤维素酶在体内存留时间以充分发挥其酶解效力；（3）纤维素酶添加方式对酶活的影响，纤维素酶对不同种类、不同发育阶段动物消化道酶系的影响，添加纤维素酶后饲料配比如何改变，以及如何针对不同动物改变纤维素酶系的组成；(4)有关混合酶制剂的研究。等等均需深入研究。5 结束语 综上所述，纤维素酶在饲料工业的应用前景非常广阔。我国经过近几年

24、的研究发展已形成一定的规模，但是与国外畜牧先进国家相比，饲料生物技术在纤维素的开发利用方面还非常落后，今后就纤维素酶在我国饲料工业上的应用要特别注意一下几个问题：要加大科技投入，加强生产与应用方面的技术合作；要加强产纤维素酶的菌种选育和发酵提取工艺等基础研究工作；要加强纤维素酶在饲料工业上应用的作用机理研究，规范饲用酶制剂生物学评价试验方法；要尽快制定国内统一的纤维素酶质量标准和检测方法。纤维素酶及其在纺织上的应用1 引言纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组

25、分酶的总称。目前，纤维素酶产品广泛应用于纺织、饲料、酿造、制药、造纸等行业，尤其是在纺织行业的应用范围目前正在不断扩大。2 纤维素酶纤维素酶的研究最早是1906年seilliere在蜗牛的消化液中发现了分解纤维素的纤维素酶。纤维素酶是能水解纤维素-1，4-葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。主要的有：康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉、芽孢杆菌等。丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物，而嗜碱细菌产生的纤维素酶在碱性范

26、围起作用。纤维素酶分子是由球状的催化结构域（cd）通过一个富含脯氨酸或羟基氨基酸的连接桥（linker）和纤维素结合结构域（cbd）三部分组成。连接桥的作用可能是保持cd和cbd之间的距离。纤维素结合结构域执行着调节酶对可溶和非可溶性底物专一性活力的作用，对酶的催化活力是非常必需的。催化作用域的三维结构极其复杂，对酶的催化活力起决定作用。3 纤维素酶对纤维素的作用机理目前，一种理论认为：纤维素酶水解纤维素是-1，4-内切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（eg，endo-glucanase）,-1,4-外切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（cbh,cellobiohydrolase）和-葡萄糖苷酶（bg, -g

27、lucosidase）协同作用下进行的。首先，eg酶随机水解切断无定型区的纤维素分子链，使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端，为cbh酶水解纤维素创造条件，cbh酶的水解产物纤维二糖则由bg酶水解成葡萄糖，因而纤维素酶水解纤维素的过程可以简单表示为：egcbhbg。目前的研究表明，eg酶实际上至少包括eg、 eg、 eg和 eg四种，cbh至少包括cbh和cbh两种。另外一种理论认为：纤维素酶是由葡聚糖内切酶（cx酶）、葡聚糖外切酶（c1酶）、-葡萄糖苷酶三个主要成分所组成的诱导型复合酶系。其中c1酶起水化作用，它作用于不溶性的固体表面，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端部分游离，从

28、而使纤维素链易于水化。cx酶随机水解非结晶纤维素、可溶性纤维素衍生物和葡萄糖的-1,4-寡聚物，葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解成葡萄糖。该假说的基本降解模式如下：结晶纤维素-c1无定形纤维素-cx纤维二糖-葡萄糖苷酶葡萄糖此外，coughlan认为结晶纤维素的降解是一个多步骤过程，并认为原初反应即无序反映（amorphogenesis）使纤维素的结晶状态发生改变，便于随后的纤维素水解。还有学者认为纤维素的降解中存在短纤维形成现象，他们认为天然纤维素首先在一种非水解性质的解链因子或解氢键酶作用下，使纤维素链内或链间的氢键打开，从而形成短纤维。4 纤维素酶在纺织上的应用纤维素酶在染整上得到了广

29、泛的应用，特别在棉织物整理上，经过纤维素酶整理后，棉织物的手感和外观获得很大的改善，因为织物表面的绒毛被除去，处理后织物更光洁，颜色更鲜艳。根据处理的目的不同，可进行生化抛光、柔软滑爽、改善光泽以及石磨水洗等加工。4.1 减量处理纤维素纤维织物用纤维素酶处理都伴随着纤维的减量或失重，并引起许多性能变化。减量处理主要是改善织物的柔软、弹性和悬垂性。减量加工大多数采用液体染色机和水洗机。若织物被减量过大，纤维的强度会受到损伤。棉织物的失重率一般控制在3%-5%范围为好。棉织物经过纤维素酶整理后，手感和外观可以有很大的改善。因为织物表面的绒毛被去除，处理后的织物更光洁、颜色更鲜艳。织物的硬挺度和刚性

30、降低，光滑度和悬垂性提高，使织物获得更好的手感。lee g.snyder的研究证实，纤维素酶能够象烧毛一样使织物的外观变的光洁。c.l.chong等人的研究表明在织物的外感和手感被改善的同时，剧烈的机械搅拌和摩擦作用会加剧织物的强力损失。因此在保证处理效果的同时，避免织物强力过度损失就显得非常重要。4.2 生物抛光处理生物抛光是一种用纤维素酶改善棉织物表面的整理工艺，以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度。天然纤维素的结构复杂，结晶度高，在一定酶浓度和时间条件下很难把纤维素完全水解成葡萄糖单体，仅对织物表面或伸出织物表面的茸毛状短小纤维作用。生物抛光也就是去除从纤维表面伸出的细微纤维

31、，经纤维素酶处理后稍经机械加工就可以得到表面平滑而茸毛少的织物。生物抛光的主要功效是使服装和面料长久保持光鲜、手感更柔软。与传统的加工方法比，生物抛光有如下优点：织物表面更光洁无茸毛；织物表面显得更加均匀；减少起毛起球的趋向；增加悬垂性并具滑爽手感；处理的织物更具有环保意义。经过生物抛光处理的织物还有诸多优点：穿着洗涤不易起球，染色鲜艳，保色保新时间长，尤其对印花织物效果更好。4.3 水洗和石磨处理纤维素酶还广泛应用于牛仔裤产品的洗涤加工，代替石洗加工工艺。最早应用在靛蓝牛仔服装的洗涤整理上，以获得与石磨相同的染料脱色，洗白等褪色防旧效果。这种加工的原理是，首先将牛仔服装上的浆料充分去除，充分

32、发挥纤维素酶对牛仔服装表面的剥蚀作用；纤维素酶仅对牛仔服装表面部分水解，造成纤维在洗涤时发生脱落，在纤维素酶处理时，牛仔服装在转鼓中不断发生摩擦，加速服装表面纤维的脱落，并使吸附在纤维表面的靛蓝等染料一起去除，产生石磨洗涤的效果，并具有独特的外观和柔软的手感。目前应用的纤维素酶大多为中性或酸性纤维素酶。纤维素酶用于牛仔服装水洗石磨加工，加工后的服装雪花点多、立体感强、色光好；与传统的石磨工艺相比，酶洗工艺条件温和，耗能降低，减少了服装和设备的磨损，水洗效率高；与传统的化学助剂整理工艺相比，酶洗工艺大大减少了污水排放，有利于环境保护。4.4 其它处理除上述处理外，纤维素酶还与脂肪酶、果胶酶共同应

33、用于棉织物的精练加工，去除棉纤维中的天然杂质，为后续染色、印花和整理加工创造条件。酶精练后的织物润湿性、强度保留率与碱精练相同，失重率较少，耗水率低。纤维素酶整理也用于粘胶、lyocell和醋酸纤维织物，能改善织物的手感、悬垂性，去除织物表面的绒毛，减少了粘胶织物的起球倾向和lyocell织物的原纤化倾向。苎麻织物存在手感粗糙性差、穿着刺痒感问题，严重影响了苎麻织物的服用性能，通过纤维素酶减量整理，能够使织物获得柔软的手感和光洁的布面，刺痒感消失或改善。纤维素酶是多种酶的混合物，酶成分的表征对于了解和控制酶整理的效果是必不可的。从目前研究结果看，eg酶在减量处理、生物抛光处理、水洗和石磨处理性

34、能均十分优良，是非常重要的纤维素酶组分。同时，温度、ph值、表面活性剂、无机盐、搅拌等因素都会影响纤维素酶处理的效果。因此，对不同的纤维素酶品种，不同的纤维要选择合理的工艺条件，才能使酶处理的效果最佳。5 结束语纤维素酶处理具有环保、节能、高效等特点，符合可持续发展的要求，有利于绿色纺织、绿色染整，在纺织中具有广阔的发展前景。纤维素酶在纤维改性加工中不仅要求高效，而且要求对纤维的损伤小，因此开发纺织专用纤维素酶和降低酶制剂成本成为今后纤维素酶研究和开发的重要方向。随着分子生物学、遗传工程的迅猛发展，国内外均在尝试应用基因工程技术来改造和构建高效纤维素降解菌，这将扩大了纤维素酶的应用范围，使纤维

35、素酶更加广泛的应用在对纤维素纤维织物的改性加工中。第二章 纤维素酶和半纤维素酶技术发展趋势 1纤维素酶制备工艺1. 1 产酶菌及菌种选育 纤维素酶来源非常广泛，昆虫、微生物(细菌、放线菌、真菌等)都能产生纤维素酶，通过微生物发酵方法是大规模制备纤维素酶有效途径。由于放线菌的纤维素酶产量极低，研究很少。细菌的产量也不高，主要是葡聚糖内切酶，且大多数对结晶纤维素没有活性，所产生酶是胞内酶或吸附在菌壁上，很少能分泌到细胞外，增加提取纯化难度，在工业上很少应用。而丝状真菌具有产酶诸多优点：产生纤维素酶为胞外酶，便于酶的分离和提取；产酶效率高，且产生纤维素酶的酶系结构较为合理；同时可产生许多半纤维素酶、

36、果胶酶、淀粉酶等。从纤维素酶工业化制备及其应用角度看，研究和采用丝状真菌产酶具有更大意义。从目前研究进展来看，里氏木霉同时具有较为稳定性状、优质高产纤维素酶的能力和较好“抗代谢阻遏”能力，被认为是最具有工业应用价值菌株。制备过程中优良菌株的选择是前提和关键之一，是纤维素酶生产的基础性工作，国内外专家对此进行大量研究，青岛海洋大学管斌等 (2002)通过利用紫外线、亚硝基胍等对里氏木霉进行诱变处理，采用低剂量、反复多次复合诱变处理方法，用“以2脱氧葡萄糖作为降解产物阻遏物”高效筛选方法，选育得到一株抗分解代谢阻遏的突变株，使纤维素酶活力提高三倍。中科院微生物研究所董志扬等 (2000)用康宁木霉

37、通过射线照射和亚硝基胍交替处理，诱变出一株纤维素酶高产菌株t801，与出发菌株相比，其产酶能力提高1.77倍。张苓花等 (1998)采用康宁木霉w925、j931，经过浓度为2%硫酸二乙酯和紫外线(15w、30cm、2min)复合诱变得到产酶活性高的菌种，该菌种糖化力达到2，975，滤纸酶活达到531，比出发菌株分别提高100%和81%。1.2 生产方式 纤维素酶的发酵工艺有两种：即固体发酵和液体发酵。1.2.1固体发酵法 固体发酵法是以玉米等农作物秸秆为主要原料，通过接种微生物进行发酵工艺；具有投资少、工艺简单、产品价格低廉优点。但固体发酵法存在着根本缺陷，其生产纤维素酶很难提取、精制。由于

38、技术上困难，目前国内绝大部分纤维素酶生产厂家均采用该技术生产纤维素酶，采取直接干燥粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂，这样得到产品外观粗糙，质量不稳定，杂质含量高。因此，随着液体发酵酶制剂工艺发展及菌种性能提高，采用液体发酵法生产纤维素酶势在必行。1.2.2 液体发酵法 液体发酵生产工艺过程是将玉米秸秆粉碎至20目以下进行灭菌处理，然后送发酵罐内发酵，同时接入纤维素酶菌种，发酵时间约为70h，温度控制低于60。从发酵罐底部通入净化后无菌空气对物料进行气流搅拌，发酵完物料经压滤机压滤、超滤浓缩和喷雾干燥后得到纤维素酶产品。液体发酵虽有发酵动力消耗大、设备要求高等缺点；但液体发酵原料

39、利用率高、生产条件易控制、产量高、工人劳动强度小、产品质量稳定、可大规模生产等优点又使该方法成为发酵生产纤维素酶必然趋势。1.3 发酵条件对产酶量和酶活力影响1.3.1 菌种 对于产酶菌种一般必须符合以下条件：一不是致病菌；二是能够利用廉价原料，发酵周期短，产酶量高；三是菌种不易变异退化，不易感染噬菌体；四是最好选用产生胞外酶菌种，有利于酶的分离，回收率高；此外，用于医药和食品上还要考虑安全问题。纤维素酶菌种易退化，退化后产酶力明显降低原因可能有三：(1)经诱变筛选菌种发生回复突变；(2)自然负突变；(3)菌种长时间低温斜面保藏会在分生孢子上长出次生菌丝，次生菌丝所形成分生孢子生命力强。1.3

40、.2 温度 发酵温度变化主要随微生物代谢反应、发酵中通风、搅拌速度变化而变化。发酵初期合成反应吸收热量大于分解反应放出热量，发酵液需升温。当菌体繁殖旺盛时，发酵液温度自行上升，加上通风搅拌带来的热量，这时发酵液必须降温，以保持微生物生长繁殖和产酶所需温度。1.3.3 ph值 发酵过程中，微生物不断分解和同化营养物质，同时排出代谢产物。由于这些产物都与ph值有直接关系，因此发酵液ph值在不断变化，要根据其变化进行控制。1.3.4 通风量 通风量多少应根据培养基中溶解氧而定。一般在发酵初期，菌体少，相对通风量可以少些；菌体生长旺盛时耗氧多，通风量要大些；产酶旺盛时需强烈通风。1.3.5 搅拌 对于

41、纤维素酶液体深层发酵，除需要通气外，还需要搅拌，以利于热交换、营养物质与菌体均匀接触，降低细胞周围的代谢产物，从而有利于酶的生成；同时也可打破空气气泡，使发酵液形成湍流，从而提高溶氧量，增加空气利用。1.3.6 泡沫 发酵中往往产生较多泡沫，其存在阻碍c02排除，影响溶氧量。生产上一般采用消泡剂，主要是一些天然矿物油类、醇类、脂肪酸类、酰类、酰胺类、醚类等。我国常用聚氧丙烯甘油醚或泡敌(聚环氧丙环氧乙烷甘油醚)消泡。1.3.7 湿度 用固体培养法生产纤维素酶时，一般前期湿度低些，培养后期湿度大些，有利于产酶。 除此之外，主要营养源、诱导剂、表面活性剂等也影响纤维素酶产量，因此摸索出一条适宜技术

42、路线是今后研究的一个重点。王成华等 (1997)研究经诱变选育里氏木霉913产酶条件，结果表明该菌种以7：3秸秆粉和麦粉，添加4%硫酸铵、0.4%磷酸二氢钾、0.1%硫酸镁为最佳培养基条件，28一32为适宜培养温度，30为最佳温度，4%为最佳接种量，96h达到发酵高峰。2 纤维素酶研究技术进展2.1 产酶菌株选育及诱变育种 利用物理、化学诱变剂单独或复合处理微生物孢子或细胞是选育纤维素酶高产菌种的有效方法。如上述中科院微生物研究所董志扬等 (2000)用康宁木霉通过射线和亚硝基胍交替处理，诱变出一株纤维素酶高产菌株t801；张苓花等 (1998)采用康宁木霉w925、j931，经复合诱变得到产

43、酶活性高菌种等。2.2 dna体外重组技术 以得到纤维素酶过量生产为主要目的而进行纤维素酶基因克隆研究，在20世纪80年代十分活跃，在国外已有约80个组分的基因被克隆，但表达、分泌均很弱。由此已逐渐转向应用基因工程方法组建有新特性纤维素酶分子。酿造工业用果胶酶、纤维素酶生产菌的选育研究植物纤维素作为细胞壁的主要结构成分存在于所有的植物中，它是一种均匀葡聚糖，由(1，4)d吡喃葡萄糖基单位的直链所组成。果胶物质主要由(1，4)d吡喃半乳糖醛酸基单位组成的高聚物，它们存在于细胞壁的中间层。酿造工业中的原料都是利用植物的淀粉和蛋白质，为了经济的原因都是将原料粉碎后直接利用，而不是从植物中先提取出淀粉

44、或蛋白质再利用，这样往往会使淀粉或蛋白质利用不完全。采用果胶酶和纤维素酶复合可以将植物的细胞壁破碎，从而使得壁内物质充分释放出来，这在果蔬汁饮料加工业中己得到应用。 因此，在酿造工业中采用果胶酶和纤维素酶等复合酶制剂将会缩短发酵周期，提高原料利用率。 本文从各种曲中筛得黑曲霉563，具有产生果胶酶和纤维素酶的能力，并以此为出发菌株，经紫外线诱变获得菌株fv4，经发酵条件优化，果胶酶活力最高达到3750u/g，纤维素酶活力达到1800u/g(本文所有酶活力均以绝干物质计)。1 材料与方法1 1材料 麸皮、豆饼、小麦等：无锡市调味品厂生产原料。 高温曲、中温曲、低温曲：山东梁山县潍坊大曲总厂、江苏

45、双沟以及安徽文王、剑南春等。 酒药、玉米粉：超市购得。 果胶：浙江衢州果胶有限公司出品。 东酒1号菌种：上海酿造研究所。 药品及试剂：购于上海化学试剂公司，均为分析纯。 果胶：购于sigma公司。1.2 培养基 试管斜面培养基：20%土豆果胶培养基。 液体试管培养基：含5%果胶的麦芽汁(麦汁浓度为2%)；5%果胶和1%花生饼粉。 分离培养基：同试管斜面培养基。 基础培养基：麸皮2g，玉米芯2g，加1%果胶溶液。1.3 实验方法 将腐败的香蕉等水果样或大曲样加入到液体试管中，于32下培养。挑选最早使液体试管澄清分层的，从中分离菌株于平皿上，再移接于试管斜面培养基上。 将基础培养基配好装于100m

46、l三角瓶中，0.1mpa，121灭菌30min。然后接入一铲菌皮，于33下培养5d后，测定酶活力大小。14 分析方法 ph测定：精密试纸。 果胶酶活测定：qbl50292。纤维素酶活测定： q320201jw0071999。 滤纸崩解法：将滤纸条加入15ml缓冲溶液中，50保温20min，加入05ml酶液，每隔一定时间观察滤纸崩解程度，最后统计滤纸完全消失所需的时间。2结果与讨论2.1 黑曲霉563菌株的获得 将各种样品在液体试管(共50支)中培养，第4天开始有变澄清的样品，第5天只有12支试管出现了分层，培养基变清，其中5支分层明显，十分澄清。通过划线法将5支试管中菌分离于平皿中，培养4d，

47、挑选了40只单菌落，接于发酵基础培养基中，培养5d，测定果胶、纤维素酶酶活力，采用直接使用滤纸崩解的方法测定，选出3株菌进行复筛，复筛时每株菌做3个平行样，取其平均值，3株菌经鉴别皆为黑曲霉，分别测定果胶酶和纤维素酶活力(纤维素酶活力通过dns法测定)，结果如表1所示。从以上结果可以看出，黑曲霉563产果胶酶和纤维素酶活力均为最高，故确定此菌株为进一步研究之出发菌株。2.2 fv5634菌的获得 将黑曲霉563分离纯化后制成孢子悬液，并涂布于无菌平皿中，在紫外灯下距离为30cm处分别照射0min、5 min、10min、15min、20min，再用2ml生理盐水洗下孢子，稀释涂布于分离平皿上，

48、经培养挑选水解圈大的单菌落移接到试管斜面培养，成熟后再接入筛选培养基中培养，5d后测定酶活力。 筛选出高产菌株fv5634，黑曲霉563经紫外线照射后的致死率如表2，突变株的形态变化如表3，复筛结果如表4，诱变图谱如图1。2.2 发酵条件的优化2.2.1 不同加液量对发酵产酶的影响 在固态发酵培养中，培养基含水量对菌体生长和产酶很重要，培养基加水量少，培养基过于干燥，菌体接入后不易生长繁殖，影响发酵产酶；含水量过高，麸皮易成团，通气性差，不利于产酶。纯麸皮不同加液量对发酵产酶的影响如图2。纯玉米芯(外加0.5g大豆分离蛋白)不同加液量对发酵产酶的影响如图3。 由于玉米芯多孔疏松吸水量大，在较长

49、时间内能维持培养基一定的水活度。保证了菌种生长发酵所需要的水活度，但水活度过大影响微生物的生长和发酵。2.2.2 不同培养基配比麸皮：玉米芯对发酵产酶的影响由表可知，当配比为5：5时，果胶酶酶活相对最高纤维素酶酶活不是最高，但是与最大值相差不大。2.2.3不同碳源对发酵产酶的影响(见图4)由图4可知，添加粳米粉效果最好，其次是蔗糖和玉米淀粉。葡萄糖效果最差，葡萄糖对酶有代谢阻遏的影响，所以产酶活力低。而粳米粉效果比蔗糖和玉米淀粉好可能粳米粉中含有一定的蛋白的作用。2.2.4不同氮源对发酵产酶的影响(见图5)由图5可知，几种氮源对产酶均有促进作用，其中有机氮源比无机氮源效果好，尤其以大豆分离蛋白

50、作为外加氮源时酶活最高。所以，培养基中可以外加大豆分离蛋白作为外加氮源。大豆分离蛋白由于其含氮量比豆饼粉高，所以大豆分离蛋白为最佳氮源。2.2.5 大豆分离蛋白添加量对发酵产酶影响（见图6） 图6可知，当大豆分离蛋白添加量为1.0g时酶活最高，但大豆分离蛋白添加量增加后酶活反而下降，分析原因可能是添加过量氮源后菌体大量繁殖，消耗过多营养，而使合成酶蛋白比例减少，造成产酶下降。2.2.6 金属离子对发酵产酶的影响 微生物在生长过程中需要一些微量元素。适当的添加金属元素对产酶可能会有促进作用。 实验发现ca2+的适量添加对酶活力有一定的促进作用，但由实验数据可知，随着ca2+量的增加，对酶活有抑制

51、作用如图7所示。实验发现k+的适量添加对果胶酶活力有一定的促进作用，但少量的添加对果胶酶活无促进作用。k+的适量添加对纤维素酶活有明显促进作用。且k+对菌体的生长有促进作用如图8所示。2.2.7 培养条件对发酵产酶的影响 ph对发酵产酶的影响：实验表明，培养基初始ph在5.56.0时，果胶酶、纤维素酶酶活较高。但培养基初始ph为6.0时纤维素酶酶活比培养基初始ph为5.5时的酶活高，如图9所示。发酵时间对产酶的影响如图10所示。2.2.8 果胶酶和纤维素酶的ph稳定性(见图11)由图ll可知，当ph 3.05.0时，果胶酶酶活维持在较高值，且果胶酶较稳定。当ph 4.0-5.0时，纤维素酶酶活

52、维持在较高值，ph为5.0时纤维素酶酶活最高。 综上所述，fv5634菌株在麸皮：玉米芯5：5的培养基中加入20%的大豆分离蛋白，经培养后，果胶酶活力达到3750u/g，纤维素酶活力达到1800u/g，说明fv5634能同时产生2种酶，并且酶的ph特性符合果蔬加工用酶的要求。纤维素酶耐高温高产菌株的选育纤维素酶(cellulase)指的是降解纤维素的一类酶的总称，其中3种主要组分是：内切葡聚糖酶(也称cx酶或cmc酶)；外切葡聚糖酶(也称c1酶或滤纸酶)：葡萄糖苷酶。微生物所产生的纤维素酶可以有效降解纤维素中非结晶部分，水解成葡萄糖。近来发现纤维素酶在众多工业领域具有广泛的应用价值。如李大锦、

53、王汝珍报道海龙江轻工业研究所试验在酱油成曲中添加纤维素酶制剂，生产试验表明添加1.24l0-4纤维素酶制剂全氮利用率达到74.4%，在原有基础上提高8%，同时增加了酱油还原糖和色度，改善了酱油的风味。目前纤维素酶的工业化生产中由于菌种不抗高温，在许多地方夏季不能生产，而且纤维素酶活性低，使生产成本高，而导致其应用受到限制。因此通过理化诱变选育耐高温高酶活菌株仍然是一项重要任务。 本研究以绿色木霉n。为出发株，经理化复合诱变，在含有制菌霉素和刚果红、cmc为惟一碳源的双层平板中，挑选hc值比n。大的单菌落在不同温度固态发酵复筛，测其cmc和fpa酶活，筛选到十几株耐高温高酶活菌株，其中110的c

54、mc酶活为29.6u和fpa酶活为129.6u，分别提高2.8倍和2倍。1 材料与方法1 1 菌株 绿色木霉(trichoderma viride)no：本实验室保藏。1 2 试剂 制霉菌素(nystatin，5060/mg)：sigma公司。 去氧胆酸钠：上海伯奥生物科技公司。 亚硝基胍：sigma公司。 其它为国产分析纯试剂，配制方法参阅文献1.3 培养基 斜面活化保藏培养基：土豆培养基(pda)。 双层培养基：下层为mandels营养液中加2%琼脂，上层为0.1%去氧胆酸钠，0.01%刚果红，1%cmc，1.0%琼脂溶于mandels营养液中。待下层培养基凝固后，将75%乙醇溶解的制霉菌

55、素加入已灭菌冷却至50左右的上层培养基倒入平皿(每皿约10ml)，使成均匀薄层的制霉菌素浓度梯度平板。 固态发酵培养基：稻草：麸皮6：4，加mandels营养液溶解，固液比为1：2。1.4 试验万法1.4.1 绿色木霉n。制霉菌素抗性试验 将活化2次的菌种斜面制成孢子悬液，取0.1ml涂布于含制霉菌素浓度为820(8、10、12、14、16、18、20)的梯度平板上，30培养3d，观察菌落生长情况。1.4.2 出发菌株n。的理化诱变 孢子悬液的制备：用无菌水洗下经活化的斜面孢子，于玻珠小三角瓶中振荡20min后用4层镜头纸过滤，适当稀释，使孢子浓度为105个/ml-l06个/ml。 uv诱变：

56、按参考文献8。 ntg(亚硝基胍)诱变：按参考文献9。 上述平板在30培养2d-4d，计菌落数，计算各因素对no孢子的致死率，公式如下：以80%90%的致死率为诱变剂量，诱变后，在有制霉菌素的平板上挑取hc值比no大的菌株进行固体发酵复筛。1.4.3固态发酵复筛 固态发酵复筛：250ml三角瓶中装量3%，其中稻草1.5g，麸皮1g，mandels溶液5ml，高压灭菌，2%接种，分别在33、35、38、40发酵72h后测酶活。1.4.4 测试方法 粗酶液的制备：将发酵72h的固态发酵纤维素酶5g加200ml水溶解，纱布过滤后3000r/min离心，再逐步稀释100倍为待测酶液。cmc酶活的测定，

57、酶活力单位定义：在ph5.0，40下，每1g纤维素酶干曲在1min内水解cmc生成1mg葡萄糖的酶量，称为一个纤维素酶(cmc酶)活力单位(以u表示)。 滤纸酶活的测定，酶活力单位定义：在ph5.0，40下，每1g纤维素酶干曲在1h内水解新华滤纸，生成1mg葡萄糖的酶量，称为一个纤维素酶滤纸酶活单位(以u表示)。2 结果与分析2.1 绿色木霉no制霉菌素抗性试验结果如图1所示，在选择平板上制菌霉素浓度20u/ml可以抑制没发生变异的孢子生长，故初筛平板采用20u/ml的制霉菌素浓度。2.2 出发菌株n。的理化诱变2.2.1 紫外线(uv)诱变致死率 如图2所示，选择致死率在80%左右的诱变时间作为诱变时间