纖維素酶(mei)根據其(qi)催(cui)化反應(ying)功(gong)能的不同可分為(wei)內切葡聚糖酶(mei)

(1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或纖(xian)維素和幾丁(ding)質分子結(jie)構圖endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4)，來自(zi)真菌的簡(jian)稱EG，來自(zi)細菌的簡(jian)稱Cen、外(wai)切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase，EC.3.2.1.91)，來自(zi)真菌的簡(jian)稱CBH，來自(zi)細菌的簡(jian)稱Cex) 和β-葡聚糖苷酶(β-1,4- glucosidase，EC.3.2.1.21)簡(jian)稱BG。

內切(qie)葡(pu)聚(ju)糖酶(mei)(mei)隨機切(qie)割纖(xian)(xian)維(wei)(wei)素多糖鏈內部的(de)無定(ding)型區，產生不同長度的(de)寡糖和新鏈的(de)末端(duan)。外切(qie)葡(pu)聚(ju)糖酶(mei)(mei)作用于這些還(huan)原性(xing)(xing)和非還(huan)原性(xing)(xing)的(de)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)素多糖鏈的(de)末端(duan)，釋放葡(pu)萄糖或纖(xian)(xian)維(wei)(wei)二糖。β-葡(pu)萄糖苷(gan)酶(mei)(mei)水解(jie)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)二糖產生兩(liang)分子的(de)葡(pu)萄糖。真菌纖(xian)(xian)維(wei)(wei)素酶(mei)(mei)產量高、活(huo)性(xing)(xing)大，在畜牧(mu)業和飼料工作中(zhong)主要應用真菌來源的(de)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)素酶(mei)(mei)。 折疊按降解(jie)機理

纖(xian)維(wei)素(su)酶(mei)(mei)反應(ying)和一(yi)般酶(mei)(mei)反應(ying)不一(yi)樣，其(qi)最主要的區別在于纖(xian)維(wei)素(su)酶(mei)(mei)是多(duo)組分酶(mei)(mei)系，且底(di)物(wu)結構極其(qi)復雜。由于底(di)物(wu)的水不溶性，纖(xian)維(wei)素(su)酶(mei)(mei)的吸附作(zuo)用代替了(le)酶(mei)(mei)與(yu)底(di)物(wu)形成的ES復合(he)物(wu)過程。纖(xian)維(wei)素(su)酶(mei)(mei)先(xian)特異(yi)性地(di)吸附在底(di)物(wu)纖(xian)維(wei)素(su)上，然后在幾種組分的協同作(zuo)用下將纖(xian)維(wei)素(su)分解成葡(pu)萄糖。

1950年(nian)，Reese等提(ti)出了C1-Cx假說，該假說認(ren)為(wei)(wei)必須(xu)以(yi)不(bu)同(tong)的(de)(de)酶協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)，才能將(jiang)纖(xian)維素(su)(su)徹底(di)的(de)(de)水解(jie)為(wei)(wei)葡(pu)(pu)萄(tao)糖(tang)。協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)一般認(ren)為(wei)(wei)是(shi)(C1酶)首(shou)先(xian)進攻纖(xian)維素(su)(su)的(de)(de)非結晶(jing)區，形成(cheng)(cheng)Cx所需的(de)(de)新的(de)(de)游離末端，然后(hou)(hou)由CX酶從多糖(tang)鏈的(de)(de)還原端或非還原端切下纖(xian)維二(er)糖(tang)單(dan)位，最(zui)后(hou)(hou)由β-葡(pu)(pu)聚糖(tang)苷(gan)酶將(jiang)纖(xian)維二(er)糖(tang)水解(jie)成(cheng)(cheng)二(er)個葡(pu)(pu)萄(tao)糖(tang)。不(bu)過，纖(xian)維素(su)(su)酶的(de)(de)協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用(yong)順序(xu)不(bu)是(shi)絕(jue)對的(de)(de)，隨后(hou)(hou)的(de)(de)研(yan)究(jiu)中發(fa)現，C1-Cx和β-葡(pu)(pu)聚糖(tang)苷(gan)酶必須(xu)同(tong)時(shi)存在才能水解(jie)天(tian)然纖(xian)維素(su)(su)。若先(xian)用(yong)C1酶作(zuo)(zuo)用(yong)結晶(jing)纖(xian)維素(su)(su)，然后(hou)(hou)除掉(diao)C1酶，再加入Cx酶，如此順序(xu)作(zuo)(zuo)用(yong)卻(que)不(bu)能將(jiang)結晶(jing)纖(xian)維素(su)(su)水解(jie)。

影響因素(su)(su)纖(xian)維(wei)素(su)(su)酶(mei)的(de)(de)最適pH一(yi)(yi)般在4.5~6.5。葡萄糖酸內酯能(neng)有(you)效(xiao)的(de)(de)抑(yi)制纖(xian)維(wei)素(su)(su)酶(mei)，重金屬離子如銅(tong)和汞離子，也能(neng)抑(yi)制纖(xian)維(wei)素(su)(su)酶(mei)，但是半胱(guang)氨酸能(neng)消(xiao)除它(ta)們的(de)(de)抑(yi)制作(zuo)用(yong)，甚至進(jin)一(yi)(yi)步激活纖(xian)維(wei)素(su)(su)酶(mei)。植(zhi)物(wu)(wu)(wu)組織中(zhong)含有(you)天然的(de)(de)纖(xian)維(wei)素(su)(su)酶(mei)抑(yi)制劑(ji);它(ta)能(neng)保護植(zhi)物(wu)(wu)(wu)免遭霉菌的(de)(de)腐爛作(zuo)用(yong)，這些抑(yi)制劑(ji)是酚類化(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)。如果植(zhi)物(wu)(wu)(wu)組織中(zhong)存在著高的(de)(de)氧化(hua)(hua)酶(mei)活力(li)，那么(me)它(ta)能(neng)將酚類化(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)氧化(hua)(hua)成醌類化(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)，后(hou)者(zhe)能(neng)抑(yi)制纖(xian)維(wei)素(su)(su)酶(mei)。

菌(jun)種選育是纖維素(su)酶(mei)(mei)生產的(de)基(ji)礎性(xing)工作，國(guo)內外許多專家進行了(le)(le)大(da)量(liang)(liang)研究，為了(le)(le)生產高質量(liang)(liang)的(de)纖維素(su)酶(mei)(mei)產品，王家林(lin)等(1996)在吸收(shou)國(guo)內外經驗的(de)基(ji)礎上(shang)，先后引(yin)進了(le)(le)綠色(se)木(mu)霉(mei)(mei)木(mu)10、綠色(se)木(mu)霉(mei)(mei)Sn-91014、康氏木(mu)霉(mei)(mei)NT-15、黑曲霉(mei)(mei)XX-15A，在此基(ji)礎上(shang)，采(cai)用(yong)了(le)(le)紫外線(xian)(xian)、特定(ding)電磁波輻射、線(xian)(xian)性(xing)加速(su)器，亞硝(xiao)基(ji)胍等物理(li)、化學的(de)誘變方法，獲得了(le)(le)高產菌(jun)株(zhu)NT15-H、NT15-H1、XT-15H、XT-15H1。其(qi)中(zhong)木(mu)霉(mei)(mei)NT-15H固體培養(yang)活力(li)經輕工部食品質量(liang)(liang)監督檢測中(zhong)心南京(jing)站檢測表明，濾紙活力(li)為3670u/g, C1-酶(mei)(mei)活力(li)24460u/g，Cx-酶(mei)(mei)活力(li)1800u/g，已達到國(guo)際(ji)先進水平。

此菌(jun)(jun)(jun)(jun)種在工廠化生產中(zhong)(zhong)性能穩定(ding)。張(zhang)苓花等(deng)(1998)采(cai)(cai)用康氏(shi)木霉W-925，J-931，經(jing)過(guo)濃度(du)為2%硫酸二(er)乙酯和(he)紫(zi)外線(15W、30cm、2min)復合誘變后(hou)，得(de)到(dao)(dao)了(le)產酶活(huo)性高的(de)Wu-932菌(jun)(jun)(jun)(jun)種，該菌(jun)(jun)(jun)(jun)種CMC糖化力達(da)到(dao)(dao)2975，濾紙糖酶活(huo)性為531，比出發菌(jun)(jun)(jun)(jun)W-925分別提(ti)高了(le)100%和(he)81%。化工部飼料添(tian)加劑技術服務中(zhong)(zhong)心王成書等(deng)(1997)采(cai)(cai)用該中(zhong)(zhong)心的(de)里氏(shi)木霉A3先(xian)進(jin)行紫(zi)外線和(he)亞硝基(ji)胍(gua)復合誘變后(hou)，將處理過(guo)的(de)孢子接(jie)種于纖維雙層平(ping)板上，30℃培養5-8天，15℃放置(zhi)7-10天，挑選(xuan)透(tou)明圈直徑(jing)和(he)菌(jun)(jun)(jun)(jun)落直徑(jing)比較大的(de)單菌(jun)(jun)(jun)(jun)落進(jin)行三(san)角(jiao)瓶固態發酵再篩選(xuan)，得(de)到(dao)(dao)了(le)產纖維素酶活(huo)力很高的(de)里氏(shi)木霉91-3菌(jun)(jun)(jun)(jun)株。

纖維素酶菌(jun)種易退(tui)化，退(tui)化后其產酶力明(ming)顯(xian)降低(di)，其原因可能有三個(ge)方面:

①經誘變(bian)(bian)篩選的菌種發(fa)生回復突變(bian)(bian)

②自然負突變

③菌種(zhong)(zhong)長(chang)時間低溫斜面保(bao)藏(zang)，會在(zai)分(fen)生(sheng)孢(bao)子(zi)上長(chang)出次(ci)生(sheng)菌絲，而次(ci)生(sheng)菌絲所形成(cheng)的分(fen)生(sheng)孢(bao)子(zi)生(sheng)命力弱，這可能(neng)是菌種(zhong)(zhong)退(tui)化(hua)的主要原(yuan)因。為(wei)了避免纖維素酶菌種(zhong)(zhong)退(tui)化(hua)，張苓花等(1998)報道，采用(yong)砂土管(guan)保(bao)藏(zang)菌種(zhong)(zhong)。即將過篩(shai)洗凈的砂子(zi)與土以3:2比(bi)例混合分(fen)裝在(zai)試管(guan)內(nei)，用(yong)1kg/cm2壓(ya)力滅菌30分(fen)鐘(zhong)共(gong)三次(ci)，將欲保(bao)存(cun)(cun)的斜面菌種(zhong)(zhong)制備成(cheng)1000ml孢(bao)子(zi)懸浮液，每個砂土管(guan)注入0.5ml，搖勻(yun)，放入盛有無(wu)水(shui)CaCl2真空干燥器內(nei)保(bao)存(cun)(cun)。經測定，在(zai)所測的121天(tian)內(nei)，酶的活性(xing)基本不變;酶活性(xing)下降50%的時間，由常規方法的60天(tian)延長(chang)至160天(tian)，明顯地減緩了菌種(zhong)(zhong)退(tui)化(hua)速度。

發酵工(gong)藝纖維(wei)素酶的生(sheng)產工(gong)藝主要有兩種，即(ji)固體發酵和液體發酵，其工(gong)藝如(ru)下(xia):

影響產酶量(liang)和活力的因素

影(ying)(ying)響纖維素(su)(su)酶(mei)(mei)(mei)產(chan)量和活(huo)(huo)力(li)的(de)因(yin)素(su)(su)很(hen)多，除菌種(zhong)外，還(huan)有培(pei)(pei)養(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)、pH、水(shui)分、基質、培(pei)(pei)養(yang)時間(jian)等。這(zhe)些因(yin)素(su)(su)不是孤(gu)立的(de)，而是相互聯系(xi)的(de)。張(zhang)中良等(1997)采用均勻設計Cl12(1210)，以綠色木霉(T.ViriclePers.expr)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)菌種(zhong)，研(yan)究了(le)影(ying)(ying)響產(chan)纖維素(su)(su)酶(mei)(mei)(mei)的(de)五(wu)大因(yin)素(su)(su)對(dui)產(chan)酶(mei)(mei)(mei)量和活(huo)(huo)力(li)的(de)作(zuo)用，認(ren)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)基質粗纖維含量為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)40%、初(chu)始pH7.5、加(jia)水(shui)4倍、在(zai)26-31℃條件下培(pei)(pei)養(yang)45h可獲得(de)最大產(chan)酶(mei)(mei)(mei)量26mg/g和CMC酶(mei)(mei)(mei)活(huo)(huo)力(li)20mg/g·h。王成華等(1997)也研(yan)究了(le)其(qi)誘變(bian)(bian)篩選的(de)里氏木霉91-3的(de)產(chan)酶(mei)(mei)(mei)條件，結果(guo)表明該菌種(zhong)以7:3的(de)秸稈粉(fen)和麥(mai)麩(fu)，另(ling)添加(jia)4%硫酸銨、0.4%磷酸二氫(qing)鉀、0.1%硫酸鎂為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)最佳培(pei)(pei)養(yang)基，28-32℃為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)適宜(yi)培(pei)(pei)養(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)，30℃為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)最佳溫(wen)(wen)度(du)(du)，4%為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)最佳接種(zhong)量，96h到(dao)達發(fa)酵高(gao)峰。張(zhang)苓花(hua)等(1998)研(yan)究了(le)以康(kang)氏木霉W-925為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)出發(fa)菌，經誘變(bian)(bian)后得(de)到(dao)的(de)Wu-932纖維素(su)(su)酶(mei)(mei)(mei)高(gao)產(chan)菌的(de)最佳發(fa)酵條件。結果(guo)表明，以1:2的(de)麥(mai)麩(fu)和稻草粉(fen)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)培(pei)(pei)養(yang)基，5%的(de)接種(zhong)量，稻草粉(fen)碎平均長(chang)度(du)(du)3-5mm，初(chu)始pH4-5，溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)28-35℃，發(fa)酵時間(jian)72h為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)最佳發(fa)酵條件。

污染菌的控制

飼(si)用纖維素酶普遍存在(zai)一種(zhong)俗稱(cheng)的(de)"白(bai)(bai)毛菌(jun)(jun)(jun)"污染(ran)(ran)。污染(ran)(ran)后輕(qing)者(zhe)酶活(huo)性下(xia)降(jiang)，重者(zhe)發酵(jiao)(jiao)失敗。為此(ci)，研(yan)究(jiu)控(kong)制(zhi)發酵(jiao)(jiao)污染(ran)(ran)意義很大。張苓花(hua)等(deng)(1998)研(yan)究(jiu)"白(bai)(bai)毛菌(jun)(jun)(jun)"的(de)菌(jun)(jun)(jun)落特征、來(lai)源、生長和生理特征及(ji)控(kong)制(zhi)方(fang)法，找(zhao)到了(le)一種(zhong)與康氏木霉Wu-932呈共生關系，而與"白(bai)(bai)毛菌(jun)(jun)(jun)"呈競爭性抑制(zhi)關系的(de)熱帶假絲酵(jiao)(jiao)母菌(jun)(jun)(jun)J-931。利(li)用此(ci)菌(jun)(jun)(jun)進行混合發酵(jiao)(jiao)，可有效地(di)控(kong)制(zhi)"白(bai)(bai)毛菌(jun)(jun)(jun)"的(de)污染(ran)(ran)。