纤维素酶的制取方法介绍

1  纤维素酶的制取
    1.1  制取纤维素酶的菌种和方法
    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的有效途径。不同微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对纤维素的酶解能力也不大相同。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、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。
    1.1.1  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。张苓花等采用康宁木霉W-925、J-931，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2975，滤纸酶活达到531，比出发菌株分别提高100%和81%。中科院微生物研究所董志扬等用康宁木霉通过γ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。青岛海洋大学管斌等通过利用紫外线、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。
    1.1.2   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。因此已逐渐转向应用基因工程方法组建有新特性的纤维素酶分子。
    1.2  纤维素酶的制取工艺
    方法有两种：即固体发酵和液体发酵。生产原料有麸皮、秸秆粉、废纸、玉米粉和无机盐等。
    1.2.1  固体发酵法
    固体发酵法是以玉米、稻草等植物秸杆为主要原料，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。目前国内绝大部分纤维素酶生产厂家采用该技术生产纤维素酶时，只能通过直接干燥粉碎得到固体配制剂或用水浸泡后压滤得到液体配制剂，这样所得产品外观粗糙，质量不稳定，杂质含量高。国内外生产厂家采用固体发酵法时，对木霉纤维素酶的研究较多，而木霉一方面毒性嫌疑大，使之应用受到限制；另一方面普遍存在着β-葡萄糖苷酶活力偏低的缺陷，致使纤维二糖积累，影响了酶解效率。故有人采用在木霉纤维素酶中添加曲霉的β-葡萄糖苷酶，提高了纤维素酶的降解能力。鉴于固体发酵的缺憾，随着液体发酵配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。