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纖維素酶是一種重要的酶產(chǎn)品,是一種復(fù)合酶,主要由外切β-葡聚糖酶、內(nèi)切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等組成,還有很高活力的木聚糖酶活力。
纖維素酶是酶的一種,在分解纖維素時(shí)起生物催化作用。
纖維素酶廣泛存在于自然界的生物體中。細(xì)菌、真菌、動(dòng)物體內(nèi)等都能產(chǎn)生纖維素酶。一般用于生產(chǎn)的纖維素酶來(lái)自于真菌,比較典型的有木酶屬(Trichoderma)、曲霉屬(Aspergillus)和青霉屬(Penicillium)。
產(chǎn)生纖維素酶的菌種容易退化,導(dǎo)致產(chǎn)酶能力降低。
纖維素酶在食品行業(yè)和環(huán)境行業(yè)均有廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行酒精發(fā)酵時(shí),纖維素酶的添加可以增加原料的利用率,并對(duì)酒質(zhì)有所提升。
由于纖維素酶難以提純,實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般還含有半纖維素酶和其他相關(guān)的酶,如淀粉酶(amylase)、蛋白酶(Protease)等。
纖維素酶種類(lèi)繁多,來(lái)源很廣。不同來(lái)源的纖維素酶其結(jié)構(gòu)和功能相差很大。由于真菌纖維素酶產(chǎn)量高、活性大,故在畜牧業(yè)和飼料工業(yè)中應(yīng)用的纖維素酶主要是真菌纖維素酶。
1、纖維素酶的組成與功能
纖維素酶根據(jù)其催化反應(yīng)功能的不同可分為內(nèi)切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase,EC3.2.1.4),來(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱(chēng)EG,來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱(chēng)Cen、外切葡聚糖酶(1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase,EC.3.2.1.91),來(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱(chēng)CBH,來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱(chēng)Cex) 和β-葡聚糖苷酶(β-1,4- glucosidase,EC.3.2.1.21)簡(jiǎn)稱(chēng)BG。內(nèi)切葡聚糖酶隨機(jī)切割纖維素多糖鏈內(nèi)部的無(wú)定型區(qū),產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的寡糖和新鏈的末端。外切葡聚糖酶作用于這些還原性和非還原性的纖維素多糖鏈的末端,釋放葡萄糖或纖維二糖。β-葡萄糖苷酶水解纖維二糖產(chǎn)生兩分子的葡萄糖。真菌纖維素酶產(chǎn)量高、活性大,在畜牧業(yè)和飼料工作中主要應(yīng)用真菌來(lái)源的纖維素酶。
2、纖維素酶降解纖維素的機(jī)理研究
纖維素酶反應(yīng)和一般酶反應(yīng)不一樣,其最主要的區(qū)別在于纖維素酶是多組分酶系,且底物結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。由于底物的水不溶性,纖維素酶的吸附作用代替了酶與底物形成的ES復(fù)合物過(guò)程。纖維素酶先特異性地吸附在底物纖維素上,然后在幾種組分的協(xié)同作用下將纖維素分解成葡萄糖。
1950年,Reese等提出了C1-Cx假說(shuō),該假說(shuō)認(rèn)為必須以不同的酶協(xié)同作用,才能將纖維素徹底的水解為葡萄糖。協(xié)同作用一般認(rèn)為是內(nèi)切葡聚糖酶(C1酶)首先進(jìn)攻纖維素的非結(jié)晶區(qū),形成Cx所需的新的游離末端,然后由CX酶從多糖鏈的還原端或非還原端切下纖維二糖單位,最后由β-葡聚糖苷酶將纖維二糖水解成二個(gè)葡萄糖。不過(guò),纖維素酶的協(xié)同作用順序不是絕對(duì)的,隨后的研究中發(fā)現(xiàn),C1-Cx和β-葡聚糖苷酶必須同時(shí)存在才能水解天然纖維素。若先用C1酶作用結(jié)晶纖維素,然后除掉C1酶,再加入Cx酶,如此順序作用卻不能將結(jié)晶纖維素水解。