纖維素酶的應用與研究

　　摘 要： 隨著對纖維素酶研究的不斷深入，纖維素酶的應用越來越廣泛，涉及紡織、釀造、飼料等領域。本文對纖維素酶在各領域的應用情況進行概述。
　　關鍵詞： 纖維素酶 組分 應用領域
　　纖維素酶是一個由多組分構成的復雜酶系，主要包括三個組分：內切葡聚糖酶（Endoglucanase，EG）、纖維二糖水解酶（Cellobiohydrolase，CBH）和β-葡萄糖苷酶（β-glucosidases）。在降解纖維素的過程中，三種酶發揮了協同催化的作用。纖維素酶的應用領域是十分廣泛的，涉及紡織、釀造、食品、造紙、飼料等，不同的應用領域對纖維素酶各組分的需求也是不同的。
　　1.棉紡織行業
　　上世紀80年代末，纖維素酶作為一種生物酶制劑開始進入紡織行業，而且得到了迅速的發展。纖維素酶用于紡織工業具有許多的優點：首先，作為一種生物催化劑，它無毒無害；其次，處理需要的條件比較溫和，且酶的用量少；最后，處理反應后的廢水無污染，可以節約能量［１］。
　　在紡織品后整理工藝上，利用纖維素酶對亞麻、苧麻、絲綢、燈芯絨及其混紡織品進行生物處理，既可以適當降低紡織物的強力，又可改善其回彈性、懸垂度及柔軟度。用纖維素酶處理染色的織物，可以清除其表面的毛棉結、毛羽，從而使織物的色澤鮮亮、結構清晰。此外，在牛仔服的磨洗處理中添加纖維素酶，處理后的牛仔服褪色均勻，紋路清晰，對衣服的損傷也小且不需額外的柔軟劑，與使用磨石相比，省時省力，更加有利于環保。
　　2.釀造工業
　　白酒釀造所使用的原料其含纖維素的量是比較大的，若經過纖維素酶處理，可將淀粉和纖維素轉化為糖，從而提高原料的利用率，同時可以縮短發酵時間，降低溶液的黏度，出酒率也可提高3%—5%，并且酒體質量純正，雜醇油含量較低。使用纖維素酶之所以能夠提高出酒率，原因可能有兩方面：一是原料中部分纖維素分解成葡萄糖供酵母使用；二是纖維素酶對植物細胞壁有分解作用，有利于淀粉的釋放和被利用［2］。
　　將纖維素酶應用于啤酒工業的麥芽生產中可增加麥粒的溶解性，加快發芽，減少糖化液中單一葡萄糖含量，進而改進過濾性能，有利于酒精的蒸餾。
　　在醬油的釀造過程中添加纖維素酶，可以使大豆類原料的細胞膜膨脹軟化，受到破壞，使包藏在細胞中的蛋白質和碳水化合物釋放出來。這樣既可提高醬油的濃度，提高醬油的質量，又可縮短釀造周期，提高生產率，并且使其各項主要指標提高3％。
　　3.造紙工業
　　利用纖維素酶進行廢紙脫墨始見于上世紀80年代末，與傳統的化學法脫墨相比，使用纖維素酶進行脫墨效率比較高，而且脫墨漿的濾水性也增加了。在同等漂白條件下，酶法脫墨的白度比化學法高，物理強度要優于化學脫墨漿［3］。廣西大學造紙科學研究所利用國產商品酶對廢舊書刊報紙進行了脫墨研究，并取得了較好的效果。Mandfield等用復合纖維素酶選擇性地單獨處理紙漿，不僅提高了成漿得率，而且提高了紙張的平滑度，進而改善了紙張的印刷適性。盡管存在著紙漿黏度和撕裂度降低的缺點，但紙漿的抗張強度增加了10％，使粗糙的花旗松纖維原料可以生產出高級紙品。Jackson等人采用纖維素酶和半纖維素酶處理經一次干燥的漂白針葉木纖維，通過電鏡觀察表明：酶處理漿纖維素雖然在一定程度上被酶降解，但基本上不影響纖維長度。比表面積較高的微細纖維則容易被降解。Stock等人比較了纖維素酶的外切酶、內切酶及半纖維素酶對不同種類的紙漿的作用，發現在纖維素酶組分中，內切酶對于改善二次纖維的濾水性能來說是必需的；內切酶與外切酶和半纖維素酶的協同作用可以增強其效果。研究還指出：紙漿的濾水性能之所以能得到改善，是因為纖維表面的無定形區纖維素遭到降解。同時，內切酶處理會降低紙漿的強度性能，其降低的程度與纖維的來源和種類有很大的聯系。
　　4.飼料生產
　　近幾年發展起來一種較為熱門的飼料新技術，那就是將酶制劑添加到牲畜飼料中。纖維素酶作為畜牧業中的一種新型飼料添加劑，在飼料工業上的作用主要有以下幾個方面：（1）破解植物細胞壁，使營養物質能更好地被牲畜吸收利用，增加動物對植物原料的利用率。（2）由于動物生理上的差異，不同動物消化道中消化酶系不同且數量有限，添加纖維素酶后不僅能提高動物對粗纖維的利用率，而且可改善單胃動物的消化道環境。（3）消除抗營養因素，促進動物健康生長。半纖維素和果膠部分溶于水后會產生黏性溶液，提高消化物的黏度，對內源酶造成障礙，而添加纖維素酶后可降低黏度，增加內源酶的擴散，提高酶與養分的接觸面積，促進飼料的良好消化，有利于提高動物的健康水平。（4）改善動物胃中的菌群關系。纖維素酶可促進有益微生物的生長，提高微生物對飼料的消化作用，同時增加單細胞蛋白含量。（5）對無瘤胃動物來說．可改善其消化道的環境，增加酸度，激活胃蛋白酶。（6）提高動物小腸絨毛的完整性，促進小腸對營養物質的吸收［4］。
　　在牛羊等反芻動物的飼料中添加纖維素酶可明顯提高動物對粗纖維的利用率，提高產奶量。Lewis等報道，纖維水解酶按一定比率添加于飼料中能夠提高泌乳早期和泌乳中期奶牛的泌乳表現。Yang等在對泌乳期荷斯坦牛飼以纖維水解酶的試驗中也發現，添加酶提高了飼料的消化率和奶產量。Antunovic等［5］在研究多酶制劑對羔羊育肥和屠宰性能時發現，加酶組l（含α-淀粉酶、n-蛋白酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶和β-糖苷酶）和加酶組2（含α-淀粉酶、n-蛋白酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶）均比對照組的平均日增重高出8.83％。此后，在測定多酶制劑對羔羊育肥效果的試驗中，他又發現，在小麥、玉米、燕麥的混合料中添加由α-淀粉酶、木聚糖酶、n-蛋白酶、纖維素酶和β-葡聚糖酶組成的多酶制劑與干草飼喂羔羊，試驗組與對照組相比，其混合料的轉化率高出1.8％，干草轉化率高出5.6％，日增重高出8.83％，同時屠宰指數也優于對照組。
　　把蛋白酶和纖維素酶組成的酶制劑應用于仔豬的飼養，不僅能提高仔豬的日增重，降低仔豬的死亡率，而且能使蛋白酶效率提高3％，纖維消化率、氨基酸濃度、每日蛋白質沉積率和氮利用率也均有顯著提高。高玉紅等研究復合酶（主要含酸性蛋白酶、糖化酶、α-淀粉酶、纖維素酶及果膠酶）對斷奶仔豬飼料利用率的影響，表明復合酶可以提高斷奶仔豬的生產性能，顯著提高飼料中干物質、粗蛋白和粗脂肪的消化率，而且隨著酶活水平的提高，血漿葡萄糖含量也呈極顯著增加。
　　此外在兔、雞等畜禽養殖業上，纖維素酶也添加到日常飼料中，提高了畜禽對飼料的消化率和利用率，進而大大地節省了精飼料的使用量，提高了經濟效益。
　　5.食品工業
　　纖維素酶在食品工業中的應用很廣泛，植物性農林產品是食品工業中的主要原料，采用纖維素酶恰當處理，可以提高細胞內含物的提取率，改善食品質量，簡化食品加工工藝，降低難度。
　　參考文獻：
　　［1］李昕，吳贊敏.纖維素酶在棉紡織加工上的應用［J］.天津紡織科技，2003，VOL41，（3）:8-12.
　　［2］王菁莎，王頡，劉景彬.纖維素酶的應用現狀.中國食劑，2005，（5）:107-111.
　　［3］李輝，李友明.纖維素酶在廢紙脫墨技術中的應用［J］.西南造紙，2003，（1）:36-38.
　　［4］張新武，曾輝，劉仲敏.纖維素酶在飼料工業的應用現狀與展望［J］.飼料廣角，2002，（10）:23-24.
　　［5］Antunovic，Z.Steiner，Z.Sencic，D.et al. Influence of addition of polyenzyme prepara-tions into feed mixtures on fattening and slaughtering properties of lambs［J］.Czech Journal of Animal Science，1998，VOL43，（7）:319-32