结晶纤维素降解酶的研究进展
结晶纤维素降解酶的研究进展
吴窈画，彭惠，邵蔚蓝!（南京师范大学微生物工程重点实验室，江苏南京
210097）
摘要纤维素的结晶区是纤维素酶降解纤维素效率不高的制约因素。在纤维素生物降解的基础上，从产结晶纤维素酶的微生物，酶的作用机理，酶的基因工程与蛋白工程，以及结晶纤维素酶的研究前景等方面对结晶纤维素的降解作了综合评述。
关键词结晶纤维素；降解酶；纤维小体
中图分类号@936文献标识码A文章编号0517-6611（2007）09-02532-03
Study on the Crystalline Cellulose-degrading Enzyme
WU Yao-hua et al（The Key Laboratory of Microbioioy Engineering，Nanjing Normai University，Nanjing，Jiangsu210097）
Abstract Despite its simpie chemicai composition，ceiiuiose exists in a number of crystaiiine and amorphous topoiogies.Its insoiubiiity and heterogeneity makes native ceiiuiose a recaicitrant substrate for enzymatic hydroiysis.On the basis of the hydroiysis of ceiiuiosic biomass，in this review the basic research on crystaiiine ceiiuiose-degrading enzyme was concerned.Main aviceiase-producing organisms were described.A mechanistic modei for the action of enzyme compiexes on the surface of insoiubie substrates，some opportunities of ceiiuiase improvement by means of gene and protein engineering and its biotechno-iogicai perspectives were discussed.
Key words Crystaiiine ceiiuiose；Ceiiuioiytic enzyme；Ceiiuiosome
纤维素是地球上年产量巨大、可再生的一种自然资源，利用其进行生物转化提供有益物质，对于当前人类解决能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有极其重要的意义［1］。微生物及其产生的纤维素酶能够降解纤维素，一直是纤维素酶及其应用研究领域的主要热点［2］。
天然纤维素的彻底降解至少需要4种组分的参与：①纤维素结合结构域与底物的吸附与解吸附；②内切葡聚糖酶作用于纤维素的非结晶区，将长链纤维素分子截断，产生大量带非还原性末端的小分子；③外切葡聚糖酶作用于纤维素线状分子末端，水解p-1，4糖苷键，产生纤维二糖分子；④p-葡萄苷酶将纤维二糖分子水解成葡萄糖。由于天然纤维素链倾向于缠绕在一起，形成结晶状不溶性的刚性结构，导致生物降解的天然抗性［3］。目前大部分纤维素酶的研究常用底物是高水溶性的羧甲基纤维素钠（CMC-Na），这在一定程度上削弱了纤维素酶“分解纤维素”的意义。
近年来，国内外关于纤维素结构、纤维素酶作用于结晶纤维素表面的模式和降解纤维素的多酶复合体结构的研究有了很大进展。笔者在纤维素生物降解的基础上，对结晶纤维素降解的产酶微生物、酶的作用机理、酶的基因工程与蛋白工程，及其研究进展进行综述。
1纤维素的结晶结构及其分解菌
1.1纤维素的结晶结构纤维素是以纤维二糖为基本单位，由许多葡萄糖残基以p-1，4糖苷键连接而成的线性高分子结构，分子聚合度变化大，一般为8000~10000个葡萄糖残基。纤维素链通过氢键的缔合作用形成纤维束，分子密度大的区域成平行排列形成结晶区，分子密度小的区域分子间隙小，定向差，形成无定形区。无定形区易被单一的内切葡聚糖酶降解，而结晶区则需要多个酶组分之间的共同作用。
1.2结晶纤维素分解菌及其产生酶能够利用和分解纤维素的物种多，如微生物、植物及昆虫等。真菌、细菌、放线菌等在一定条件下均可产生纤维素酶，但结晶纤维素降解的研
基金项目江苏省高技术研究项目（BG20050326）。
作者简介吴窈画（1981-），女，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向：微生物分子生物学。!通讯作者。
收稿日期2006-11-29
究多集中在一些嗜热菌和极端嗜热菌的高温转化上［4-5］。
结晶纤维素分解菌对结晶纤维素的降解可分为好氧降解和厌氧降解2大途径。好氧性细菌如纤维单胞菌（Cellu-lomonas）、褐色高温单胞菌（Thermomonospora）、欧文氏菌（Eri-winia）和假单胞菌（Pseudomonas）。有氧菌产单一酶系与好氧真菌产酶相似。酶系统研究最多的是C.fimi和T.fusca，其产生的胞外酶对结晶纤维素的作用远小于对CMC-Na的作用［6］。厌氧性细菌如芽孢梭菌属（Clostridium）和瘤胃球菌（Ruminococcus），对极端环境的耐受性好，可以产生高比活力的降解酶，这些酶常聚集形成多酶复合体的结构称为纤维小体（cellulosome），这种稳定的复杂酶系能较迅速地降解结晶纤维素［7-8］。在这方面对厌氧嗜热纤维素分解菌的研究最多。2纤维素降解酶的作用机理
2.1降解酶分子的结构大多数纤维素酶分子都具有类似结构即球状催化结构域（Cataiytic Domain，CD），连接桥（Link-er）和没有催化作用的纤维素结合域（Ceiiuiose Binding Do-main，CBD）3部分。CD主要体现酶的催化活性及对底物的特异性。内切葡聚糖酶的活性位点位于一个开放的裂口中，允许整条纤维素链进入，随机水解糖苷键；外切葡聚糖酶的活性中心位于一个环状通道中，只允许纤维素的末端逐步进入并将其水解。所有纤维素酶的CD都很大，占整个蛋白分子的70%，根据酶的序列分析发现CD是高度可变的［1］。
CBD又称为纤维素结合模块（Ceiiuiose Binding Moduie，CBM），通过结晶学和核磁共振等技术对各家族来源的CBD 结构研究表明，其功能是将相邻的CD呈递到纤维素底物上。
C.fimi的CenA或CenX单独的CBD不具备对底物的水解活力，但能破坏棉纤维形成短纤维，具有疏解结晶纤维素的能力，因此CBD对酶的催化活力是必需的，具有调节酶对可溶性和非可溶性底物专一性活力的作用［9］。
Linker是一段富含脯氨酸和羟基氨基酸，高度糖基化的连接肽，其作用可能是保持CD和CBD之间的距离；有助于同酶分子间形成较为稳定的聚集体。
2.2降解机制天然纤维素的微生物降解机制被普遍接受的是协同理论（Snergism）。目前已报道的有4种协同机制：①内切—外切协同，存在于内、外切葡聚糖酶之间；②外切—外
安徽农业科学，Journai of Anhui Agri.Sci.2007，35（9）：2532-2534责任编辑孙红忠责任校对李菲菲
切协同，存在于从还原端和非还原端切割的外切葡聚糖之间；③外切葡聚糖酶和p-葡萄苷酶的协同；④酶分子内的CD 和CBD之间的协同。
好氧性细菌同真菌类似产生大量丰富的胞外酶，游离酶组分在CBM的作用下组装成多酶复合体的形式对纤维素实施有效降解。高纤维素降解菌T.fusca的酶系统相对简单，由6个均有CBD的组分组成，目前这6个酶组分的基因已被克隆出来，并进行了生理生化性质的研究，结果表明，单一酶组分不能降解结晶纤维素，多种酶组分一起作用可以较为迅速地降解纤维素［6，10］。这种复合体活性远远大于单个组分活力之和，体现出很强的协同作用：CeI5A、CeI6和CeI9B———内切葡聚糖酶可以随机切割纤维素链；CeI9A是个“progres-sive”内切葡聚糖酶，能降解纤维素释放纤维四糖单位［11］；CeI6B和CeI48A———外切葡聚糖酶分别作用于纤维素的非还原端和还原端释放纤维二糖［12］。
厌氧性细菌纤维素酶则是以形成多酶复合体的结构而起作用，其中纤维小体是研究最多的多酶复合体，它能高效降解结晶纤维素。有关纤维小体的结构组成和高效催化机制是天然纤维素降解中令人感兴趣的内容。通过纤维素的亲和层析和凝胶过滤的方法很容易将纤维小体从培养物中分离出来，研究发现它是由很多不同的蛋白组成，其中大多数为有活性的酶［13］。人们试图通过变性的方法纯化单个组分和构建重组体，但进展都不大［14-15］。目前对纤维小体的研究主要集中在基因工程方面。在很多厌氧性细菌中都发现了纤维小体，以嗜热厌氧菌 C.thermocellum为代表的纤维小体里多个亚蛋白基因已被克隆，最大的一个整合蛋白CipA，分子量约为210~250kDa，主要负责多个其他酶亚单元的协同降解作用，并将各个亚单元进行装配。
!纤维素降解酶的基因工程和蛋白质工程
细菌产生的纤维素酶相对真菌而言，虽然有较高的比活力，但总产酶活低，不利于分离纯化。基因工程和蛋白质工程为纤维素酶的研究开拓了新前景。
酶基因克隆等手段有助于深入探索纤维素酶的生物合成和作用机制及构建高效纤维素分解菌，国内外在这方面开展了大量的研究。目前的研究主要集中在产酸性纤维素酶的真菌。丝状真菌木霉属能产生大量酶系完全的胞外纤维素酶，而且对结晶纤维素有较好的酶活性。里氏木霉（Tri-choderma reesei）的CBH i、CBH l、EG i、EG l、EG I、EG I、EG V 和BG基因均已被克隆而且在大肠杆菌（E.coil）中得到表达。由于酶的耐热性在生产中具有实用意义，耐热细菌也成为研究的热点。早在1993年G P HazeIwood等就对C.thermo-cellum的纤维素酶基因cel i进行过克隆表达和定性。迄今为止，C.thermocellum中纤维素酶基因和与其相关的20多个不同的纤维小体得到成功测序［16］。
采用蛋白质工程的方法构建具有完全降解结晶纤维素的纤维素酶分子是酶走向工业化应用的重要途径。纤维素酶蛋白质工程主要包括以下几方面：①通过定点诱变技术改变组成蛋白质的1个或数个氨基酸残基，以确定催化过程中的功能性氨基酸。②根据实际应用需要，原位修饰或增删酶分子结构。如：去除覆盖外切酶活性位点的Ioop环，改变酶
与特异性底物之间的作用模式；在缺乏CBD的酶分子结构中添加CBD，作为一种亲和标记纯化酶；删除大分子酶中不影响活性的部分如纤维素结合素I结构域，使蛋白变小更容易进入底物内部实施降解。③研究酶的稳定性。通过融合细菌中的热稳定性组块（如TST）提高酶的稳定性；改变酶3级结构中分子之间作用力，研究二硫键在纤维素酶稳定中所起的作用［5］。
"结晶纤维素降解酶的研究展望
纤维素酶的酶解效率影响纤维素酶的工业化生产和广泛应用。微生物降解纤维素，尤其是极端耐受菌种的研究给这一难关带来突破性的进展［17-18］。从自然界中筛选出具有相对较高活性的结晶纤维素降解酶类，进行产酶条件优化或运用分子工程手段构建新菌种，有望获得具有更高热稳定性和催化活性的酶。
Clostridium和Ruminococci发展形成了优化的多酶复合体———纤维小体。随着基因工程技术的发展，特别是重组DNA技术的引入，细菌的这种纤维小体在纤维素类物质降解的生物技术应用上日益显示出其潜在的发展优势。从细菌中提取纤维素酶将可能以其高效性而成为提取纤维素酶的一个重要发展方向。此外，对纤维小体的酶解作用机制的研究，可以为纤维素类物质降解提供很多有价值的基础理论。采用蛋白质工程方法构建具有能完全降解结晶纤维素的纤维素酶以提高酶生物催化活性的效率，是纤维素酶得以应用的重要途径。
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35卷9期吴窈画等结晶纤维素降解酶的研究进展
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711-729.
（上接第2516页）
mg/mI獐牙菜苦苷、0.0245mg/mI龙胆苦苷的混合对照品溶液，在选定的色谱条件下测定色谱峰面积，计算得RSD 分别为0.96%、1.01%、0.74%（I=6），表明仪器精密度良好。1.4.5重复性试验。精密称取祁连獐牙菜样品0.5g共6份，按“1.3.2”方法操作，在选定的色谱条件下测定落干酸、獐牙菜苦苷、龙胆苦苷的含量，计算得RSD分别为2.5%、1.9%、2.2%（I=6），表明方法重复性良好。
注：1.落干酸，2.獐牙菜苦苷，3.龙胆苦苷。
图13种对照品（A）和祁连獐牙菜甲醇提取物（B）色谱
1.4.6稳定性试验。精密称取祁连獐牙菜样品0.5g，按“1.3.2”方法操作，分别在0、2、4、6、8h时分别进样，测定落干酸、獐牙菜苦苷、龙胆苦苷的峰面积，计算得RSD分别为
2.1%、1.7%、2.4%（I=5）。表明样品溶液在8h内稳定。
1.4.7回收率试验。精密称取3份已测知含量的祁连獐牙菜样品各0.05g，添加各对照品溶液适量（落干酸：0.25 mg/mI溶液0.80mI，獐牙菜苦苷：0.19mg/mI溶液0.70mI，龙胆苦苷：0.245mg/mI溶液0.60mI），按“1.3.2”方法操作，测得落干酸、獐牙菜苦苷、龙胆苦苷的平均回收率（I=3）分别为103%、98.2%、101%；RSD分别为3.9%、4.0%、3.5%。
2结果与分析
2.1祁连獐牙菜中3种有效成分的含量取按“1.
3.2”方法制备的样品溶液用上述色谱条件进行分析，经DAD检测器检测待测组分的峰纯度且其紫外光谱与对照品一致后，按外标法以峰面积积分值计算，得落干酸、獐牙菜苦苷、龙胆苦苷的含量分别为：0.0792%（I=3，RSD=3.1%）、0.0633%（I =3，RSD=2.9%）和2.2740%（I=3，RSD=3.5%）。
2.2检测波长的确定上述对照品溶液进样后，利用DAD 检测器在200~400nm扫描其吸收光谱，对照品在240nm波长处有较高的吸收，选择该波长为检测波长。
2.3提取方法确定比较了不同提取方法（超声和热回流）、时间（15、30、45、60min）对提取率的影响，结果发现，超声提取优于热回流提取法，且超声30min即可将3种有效成分提取完全。故试验采用超声提取法。
2.4流动相选择3种有效成分色谱峰易拖尾，经试验，在水中加入0.04%（V/V）磷酸时可改善峰形。故选择甲醇和含0.04%磷酸的水作流动相。
3小结
建立了反相高效液相色谱法同时测定祁连獐牙菜中落干酸、獐牙菜苦苷和龙胆苦苷含量的方法，采用色谱柱为ZORBAX SB-C18（250mm X4.6mm，5!m），流动相：甲醇和水（含0.04%磷酸）的比例在0~20min由20180至30170梯度洗脱，流速1mI/min，检测波长254nm，柱温35C，在该色谱条件下3种有效成分均达到基线分离。落干酸、獐牙菜苦苷和龙胆苦苷的线性范围分别为0.05~0.625、0.0095~2.9和0.0486~2.56!g，相关系数分别为0.9999、0.9998、0.9996。该方法具有简便、快速，结果准确、可靠等优点，对全面评价药物质量及新药源的研究有重要的作用。
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4352安徽农业科学2007年
结晶纤维素降解酶的研究进展
作者：吴窈画， 彭惠， 邵蔚蓝
作者单位：南京师范大学微生物工程重点实验室,江苏南京,210097
刊名：
安徽农业科学
英文刊名：JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES
年，卷(期)：2007,35(9)
被引用次数：1次
参考文献(18条)
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引证文献(1条)
1.纤维素水解酶的复配应用研究[期刊论文]-安徽农业科学 2009(27)
本文链接：https://www.360docs.net/doc/1c1721093.html,/Periodical_ahnykx200709009.aspx
微晶纤维素USP
Microcrystalline Cellulose Cellulose [9004-34-6]. DEFINITION Microcrystalline Cellulose is purified, partially depolymerized cellulose prepared by treating alpha cellulose, obtained as a pulp from fibrous plant material, with mineral acids. IDENTIFICATION ? A. Procedure Iodinated zinc chloride solution: Dissolve 20 g of zinc chloride and 6.5 g of potassium iodide in 10.5 mL of water. Add 0.5 g of iodine, and shake for 15 min. Sample: 10 mg Analysis: Place the Sample on a watch glass, and disperse in 2 mL of Iodinated zinc chloride solution. Acceptance criteria: The substance takes on a violet-blue color. 氯化锌碘试液：取氯化锌20g、碘化钾6.5g，加水10.5ml。再加碘0.5g，振摇15min。 测定：取本品10mg，置表面皿上，加氯化锌碘试液2ml。 标准规定：应变为蓝紫色。 Change to read: ? B. Procedure Sample: 1.3 g of Microcrystalline Cellulose, accurately weighed to 0.1 mg Analysis: Transfer the Sample to a 125-mL conical flask. Add 25.0 mL of water and 25.0 mL of 1.0 M cupriethylenediamine hydroxide solution. Immediately purge the solution with nitrogen, insert the stopper, and shake on a wrist-action shaker, or other suitable mechanical shaker, until completely dissolved. Transfer an appropriate volume of the Sample solution to a calibrated number 150 Cannon-Fenske, or equivalent, viscometer. Allow the solution to equilibrate at 25 ±0.1 for NLT 5 min. Time the flow between the two marks on the viscometer, and record the flow time, t1, in s. 取本品1.3g，精密称定，置125mL具塞锥形瓶中，精密加入水25ml，再精密加入1mol/L 双氢氧化乙二胺铜溶液25ml，立即通入氮气以排除瓶中空气，密塞，强力振摇，使微晶纤维素溶解；取适量，置25±0.1℃水浴中，约5min后，移至刻度为150的坎农-芬斯克毛细管粘度计或同等的黏度计内（毛细管内径为0.7 ~1.0mm，选用适宜粘度计常数K1 ），照黏度测定法，于25±0.1℃水浴中测定。记录供试品溶液流经黏度计上下两刻度时的时间t1，按下式计算供试品溶液的运动黏度。 Calculate the kinematic viscosity, (KV)1, of the Microcrystalline Cellulose taken: 微晶纤维素的运动黏度(KV)1按下式计算： Result = t1 × k1 t1 = flow time (s) k1 = viscometer constant (see Viscosity—Capillary Methods 911 (CN 1-May-2015) ) Obtain the flow time, t2, for 0.5 M cupriethylenediamine hydroxide solutions using a number 100 Cannon-Fenske, or equivalent, viscometer.
结晶纤维素降解酶的研究进展
结晶纤维素降解酶的研究进展 吴窈画，彭惠，邵蔚蓝!（南京师范大学微生物工程重点实验室，江苏南京 210097） 摘要纤维素的结晶区是纤维素酶降解纤维素效率不高的制约因素。在纤维素生物降解的基础上，从产结晶纤维素酶的微生物，酶的作用机理，酶的基因工程与蛋白工程，以及结晶纤维素酶的研究前景等方面对结晶纤维素的降解作了综合评述。 关键词结晶纤维素；降解酶；纤维小体 中图分类号@936文献标识码A文章编号0517-6611（2007）09-02532-03 Study on the Crystalline Cellulose-degrading Enzyme WU Yao-hua et al（The Key Laboratory of Microbioioy Engineering，Nanjing Normai University，Nanjing，Jiangsu210097） Abstract Despite its simpie chemicai composition，ceiiuiose exists in a number of crystaiiine and amorphous topoiogies.Its insoiubiiity and heterogeneity makes native ceiiuiose a recaicitrant substrate for enzymatic hydroiysis.On the basis of the hydroiysis of ceiiuiosic biomass，in this review the basic research on crystaiiine ceiiuiose-degrading enzyme was concerned.Main aviceiase-producing organisms were described.A mechanistic modei for the action of enzyme compiexes on the surface of insoiubie substrates，some opportunities of ceiiuiase improvement by means of gene and protein engineering and its biotechno-iogicai perspectives were discussed. Key words Crystaiiine ceiiuiose；Ceiiuioiytic enzyme；Ceiiuiosome 纤维素是地球上年产量巨大、可再生的一种自然资源，利用其进行生物转化提供有益物质，对于当前人类解决能源危机、粮食短缺、环境污染等问题具有极其重要的意义［1］。微生物及其产生的纤维素酶能够降解纤维素，一直是纤维素酶及其应用研究领域的主要热点［2］。 天然纤维素的彻底降解至少需要4种组分的参与：①纤维素结合结构域与底物的吸附与解吸附；②内切葡聚糖酶作用于纤维素的非结晶区，将长链纤维素分子截断，产生大量带非还原性末端的小分子；③外切葡聚糖酶作用于纤维素线状分子末端，水解p-1，4糖苷键，产生纤维二糖分子；④p-葡萄苷酶将纤维二糖分子水解成葡萄糖。由于天然纤维素链倾向于缠绕在一起，形成结晶状不溶性的刚性结构，导致生物降解的天然抗性［3］。目前大部分纤维素酶的研究常用底物是高水溶性的羧甲基纤维素钠（CMC-Na），这在一定程度上削弱了纤维素酶“分解纤维素”的意义。 近年来，国内外关于纤维素结构、纤维素酶作用于结晶纤维素表面的模式和降解纤维素的多酶复合体结构的研究有了很大进展。笔者在纤维素生物降解的基础上，对结晶纤维素降解的产酶微生物、酶的作用机理、酶的基因工程与蛋白工程，及其研究进展进行综述。 1纤维素的结晶结构及其分解菌 1.1纤维素的结晶结构纤维素是以纤维二糖为基本单位，由许多葡萄糖残基以p-1，4糖苷键连接而成的线性高分子结构，分子聚合度变化大，一般为8000~10000个葡萄糖残基。纤维素链通过氢键的缔合作用形成纤维束，分子密度大的区域成平行排列形成结晶区，分子密度小的区域分子间隙小，定向差，形成无定形区。无定形区易被单一的内切葡聚糖酶降解，而结晶区则需要多个酶组分之间的共同作用。 1.2结晶纤维素分解菌及其产生酶能够利用和分解纤维素的物种多，如微生物、植物及昆虫等。真菌、细菌、放线菌等在一定条件下均可产生纤维素酶，但结晶纤维素降解的研 基金项目江苏省高技术研究项目（BG20050326）。 作者简介吴窈画（1981-），女，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向：微生物分子生物学。!通讯作者。 收稿日期2006-11-29 究多集中在一些嗜热菌和极端嗜热菌的高温转化上［4-5］。 结晶纤维素分解菌对结晶纤维素的降解可分为好氧降解和厌氧降解2大途径。好氧性细菌如纤维单胞菌（Cellu-lomonas）、褐色高温单胞菌（Thermomonospora）、欧文氏菌（Eri-winia）和假单胞菌（Pseudomonas）。有氧菌产单一酶系与好氧真菌产酶相似。酶系统研究最多的是C.fimi和T.fusca，其产生的胞外酶对结晶纤维素的作用远小于对CMC-Na的作用［6］。厌氧性细菌如芽孢梭菌属（Clostridium）和瘤胃球菌（Ruminococcus），对极端环境的耐受性好，可以产生高比活力的降解酶，这些酶常聚集形成多酶复合体的结构称为纤维小体（cellulosome），这种稳定的复杂酶系能较迅速地降解结晶纤维素［7-8］。在这方面对厌氧嗜热纤维素分解菌的研究最多。2纤维素降解酶的作用机理 2.1降解酶分子的结构大多数纤维素酶分子都具有类似结构即球状催化结构域（Cataiytic Domain，CD），连接桥（Link-er）和没有催化作用的纤维素结合域（Ceiiuiose Binding Do-main，CBD）3部分。CD主要体现酶的催化活性及对底物的特异性。内切葡聚糖酶的活性位点位于一个开放的裂口中，允许整条纤维素链进入，随机水解糖苷键；外切葡聚糖酶的活性中心位于一个环状通道中，只允许纤维素的末端逐步进入并将其水解。所有纤维素酶的CD都很大，占整个蛋白分子的70%，根据酶的序列分析发现CD是高度可变的［1］。 CBD又称为纤维素结合模块（Ceiiuiose Binding Moduie，CBM），通过结晶学和核磁共振等技术对各家族来源的CBD 结构研究表明，其功能是将相邻的CD呈递到纤维素底物上。 C.fimi的CenA或CenX单独的CBD不具备对底物的水解活力，但能破坏棉纤维形成短纤维，具有疏解结晶纤维素的能力，因此CBD对酶的催化活力是必需的，具有调节酶对可溶性和非可溶性底物专一性活力的作用［9］。 Linker是一段富含脯氨酸和羟基氨基酸，高度糖基化的连接肽，其作用可能是保持CD和CBD之间的距离；有助于同酶分子间形成较为稳定的聚集体。 2.2降解机制天然纤维素的微生物降解机制被普遍接受的是协同理论（Snergism）。目前已报道的有4种协同机制：①内切—外切协同，存在于内、外切葡聚糖酶之间；②外切—外 安徽农业科学，Journai of Anhui Agri.Sci.2007，35（9）：2532-2534责任编辑孙红忠责任校对李菲菲
微晶纤维素制备、应用及市场前景的研究
微晶纤维素制备、应用及市场前景的研究 曲阜天利药用辅料有限公司生产技术部，山东曲阜273105 摘要：纤维素是自然界中最丰富的天然高分子材料。对解决目前世界面临的资源短缺、环境恶化、可持续发展等问题具有重要意义。纤维素在一定条件下进行酸水解，当聚合度下降到趋于平衡时所得到的产品称为微晶纤维素( micro.crystalline cellulose，MCC)。微晶纤维素为白色或类白色、无臭、无味的多孔性微晶状颗粒或粉末,具有高度可变形性，是可自由流动的纤维素晶体组成的天然聚合物,通常 MCC的粒径大小一般在20-80微米之间，它广泛用于食品、医药及其他工业领域。 关键词：微晶纤维素；MCC;制备；应用；市场前景。 Microcrystalline cellulose preparation, application and market prospect of research QuFuTianLi medicinal materials co., LTD., production technology department shandong qufu 273105 Abstract:Cellulose is the most abundant natural polymer materials in the nature。To solve the shortage of resources in the world, the problem such as environmental degradation, sustainable development is of great significance。Cellulose under certain conditions with acid hydrolysis，When the polymerization degree decline to tend to balance the resulting product is called the microcrystalline cellulose(micro.crystalline cellulose，MCC)。Microcrystalline cellulose is white or kind of white, odorless, tasteless porous micro crystalline granular or powder，With high deformability，Is the free flow of natural polymer composed of cellulose crystal，Usually the particle size of MCC generally between 20 to 80 microns，It is widely used in food, medicine and other industrial fields。 Key words: microcrystalline cellulose, MCC. Preparation; Application; Market prospect 正文：微晶纤维素[1]为白色或类白色无臭、无味的多孔性微晶状颗粒或粉末,具有高度可变形性 ,对主药具有较大的容纳性 ,可作为片剂的填充剂、干燥粘合剂 ,同时具有崩解作用 ,广泛应用于医药、食品、轻工业等国民经济各部门。 在生产微晶纤维素时国外主要采用木材为原材料[2]，先收集木浆纤维素酸部分水解后的结晶部分，再经干燥粉碎而得到聚合度约200的结晶纤维素，我国棉花产量较高，成本较木材低，因此国内多以棉浆为原材料。决定微晶纤维素性能的主要因素[3]是制备方法和产品的质量控制标准。随着科技的发展，为了更大程
细菌纤维素的研究进展
细菌纤维素的研究进展 摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。 关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料；应用 0 前言 细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xylium 在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。细菌纤维素与天然纤维素结构非常相似，都是由葡萄糖以β一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸或者加工成任何形状的无纺织物，还可通过发酵条件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要合成不同结晶度的纤维素。 从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足够重视。近十几年来随着分子生物学的发展和体外无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深人的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。 1.细菌纤维素的结构特点和理化特性 1.1化学特性 经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，均可以视为是由很多D-吡喃葡萄糖苷彼此以(1-4)糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体结构。
半纤维素酶降解机制
纤维素酶（cellulase牘是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单成分酶，而是由多个酶起协同作用的多酶体系。人们已对纤维素酶的作用机制及工业化应用等方面进行了大量的研究，为纤维素酶的生产和应用打下了良好的基础。其在扩大食品工业原料和植物原料的综合利用，提高原料利用率，净化环境和开辟新能源等方面具有十分重要的意义。 纤维素酶的来源 纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、微生物、细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。由于放线菌的纤维素酶产量极低，所以研究很少。细菌产量也不高，主要是葡萄糖内切酶，但大多数对结晶纤维素没有活性，并且所产生的酶是胞内酶或吸附在菌壁上，很少能分泌到细胞外，增加了提取纯化的难度，在工业上很少应用。目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种较多的是丝真菌，其中酶活力较强的菌种为木霉属（Trichoderma）、曲霉属（As pergillus）和青霉属（Penicillium）牞特别是绿色木霉（Trichoder mavirde）及其近缘菌株等较为典型，是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。现已制成制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉等纤维素酶。同时，反刍动物依靠瘤胃微生物可消化纤维素，因此可以利用瘤胃液获得纤维酶的粗酶制剂。另外，也可利用组织培养法获得所需要的微生物。 纤维素酶的生产方法 目前，纤维素酶的生产主要有固体发酵和液体发酵两种方法。 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，其投资少，工艺简单，产品价格低廉，目前国内绝大部分纤维素生产厂家均采用该技术生产纤维素酶。然而固体发酵法存在根本上的缺陷，以秸秆为原料的固体发酵法生产的纤维素酶很难提取、精制。目前，我国纤维素酶生产厂家只能采用直接干燥法粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂，其产品外观粗糙且质量不稳定，发酵水平不稳定，生产效率较低，易污染杂菌，不适于大规模生产。 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，然后送发酵釜内发酵，同时加入纤维素酶菌种，发酵时间约为70h，温度低于60℃。采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌，发酵完毕后的物料经压滤机板框过滤、超滤浓缩和喷雾干燥后制得纤维素酶产品。液态深层发酵由于具有培养条件容易控制，不易染杂菌，生产效率高等优点，已成为国内外重要的研究和开发方向。 纤维素酶的应用 制酒在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出酒率和原料的利用率，降低溶液的黏度，缩短发酵时间，而且酒的口感醇香，杂醇油含量低。纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面：一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用；另外，由于纤维素酶对植物细胞壁的分解，有利于淀粉的释放和被利用。 将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中可增加麦粒溶解性，加快发芽，减少糖化液中单一葡萄糖含量，改进过滤性能，有利于酒精蒸馏。 酱油酿造在酱油的酿造过程中添加纤维素酶、可使大豆类原料的细胞膜膨胀软化破坏，使包藏在细胞中的蛋白质和碳水化合物释放，这样既可提高酱油浓度，改善酱油质量，又可缩短生产周期，提高生产率，并且使其各项主要指标提高3％。 饮料加工日本有专利报道，用纤维素酶处理豆腐渣后接入乳酸菌进行发酵，可制得营养、品味俱佳的发酵饮料。将纤维素酶应用于果蔬榨汁、花粉饮料中，可提高汁液的提取率（约10％）和促进汁液澄清，使汁液透明，不沉淀，提高可溶性固形物的含量，并可将果皮综合利用。目前，有报道已成功地将柑橘皮渣酶解制取全果饮料，其中的粗纤维有50％降解为短链低聚糖，即全果饮料中的膳食纤维，具有一定的保健医疗价值。 纤维废渣的回收利用应用纤维素酶或微生物把农副产品和城市废料中的纤维转化成葡萄糖、酒精和单细胞蛋白质等，这对于开辟食品工业原料来源，提供新能源和变废为宝具有
溶菌酶的研究及应用简介
溶菌酶的研究及应用简介 摘要溶菌酶（lysozyme）是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶，又称胞壁质酶（muramidase）。人们对溶菌酶的研究始于20 世纪初，英国细菌学家Fleming在发现青霉素的前6年（1922年）发现人的唾液、眼泪中存在能溶解细菌细胞壁的酶，因其具有溶菌作用，故命名为溶菌酶，其中鸡蛋溶菌酶的研究和应用已相当深入和广泛［1］。通过对它的结构、性质、来源的研究；溶菌酶已广泛的应用于医药、生物工程和食品工业等多个方面。 关键词溶菌酶；结构；应用；研究进展 溶菌酶（Lysozymc EC3.2.1.17）又名胞壁质酶（muramidase）、乙酞胞壁酸聚糖水解酶（N-acctylmuramide glyca-nohydrolase）,广泛地分布于自然界[2]。在病毒（如噬菌体T4）、细菌（如枯草杆菌）、植物（如番木瓜）、动物（如鼠、狗）及人体都含有。人体多数组织器官含有一定浓度的溶菌酶。但以脾、肾含量较高。在鼻及支气管分泌液、泪液、脑脊液、唾液、乳汁及血液中均含有一定量的溶菌酶。此酶自被发现以来,经科学家们不断地研究,使得它在酶学及临床医学中均占有一定的重要位置，也将其应用于医疗、食品、畜牧及生物工程中。 1 溶菌酶的发现 1907年Nicollc[2]猜测芽胞杆菌（Bacillus）及枯草杆菌中含有溶解细菌的酶。1909年https://www.360docs.net/doc/1c1721093.html,schtchenko[3]第一个报道了鸡蛋清含有溶解细菌的酶。1922年Alexander Fleming[2]发现鼻粘液里有一种能溶解微球菌（micrococcus
lysodeikticus）及其他细菌的酶，他把这种酶命名为溶菌酶（lysozyme）。经过仔细的观察和研究，他发现此酶广泛地存在于生物组织及机体的某些分泌物中。之后Robert及Wolff 也从鸡蛋清里提取出溶菌酶。1937~1946年间Abraham[3]，Robinson, Alderson及Fevold等人通过实验从而分别获得了溶菌酶的结晶。 2 溶菌酶的理化性质、空间结构 2.1溶菌酶的理化性质 溶菌酶由129个氨基酸构成的单纯碱性球蛋白，在酸性环境下，溶菌酶对热的稳定性很强。当pH值为1.2～11.3围剧烈变化时，但其结构几乎维持不变。当pH值为4～7，96℃热处理15 min仍能保持87%的酶活性；当pH值为3 时能耐100℃加热处理45min；但碱很容易破坏酶活性，当处于碱性pH 值围时，溶菌酶的热稳定性就很差[4]。在干燥条件下，溶菌酶可以长期在室温存放,其纯品为白色或微黄色。黄色的结晶体或无定形粉末，无臭，味甜。易溶于水，易遭碱破坏，不溶于丙酮和乙醚。其分子结构如下: 2.2 空间结构 溶菌酶是第一个结构弄清楚的酶，在很长一段时间中,其中有许多蛋白晶体研究及蛋白质结构与功能关系研究。这些进展都是利用溶菌酶获得的溶菌酶一直
微晶纤维素的研究进展_何耀良
基金项目:广西科学基金资助项目(桂科自0991024Z);广西培养新世纪学术和技术带头人专项资金资助项目(2004224) 收稿日期:2009-06-19 综述与进展 微晶纤维素的研究进展 何耀良1,廖小新2,3,黄科林1,6,吴 睿4,王 5 ,刘宇宏1,黄尚顺1,李卫国1 (1.广西化工研究院,广西南宁 530001;2.广西大学商学院,广西南宁 530004; 3.广西桂林市建筑设计研究院,广西桂林 541002; 4.广西民族大学化学与生态工程学院,广西南宁 530006; 5.广西大学化学化工学院,广西南宁 530004; 6.广西新晶科技有限公司,广西南宁 530001) 摘 要:微晶纤维素是天然纤维素水解至极限聚合度得到的一种聚合物,广泛用于食品、医药及其他工业领域,本文综述了国内外微晶纤维素的制备研究进展。 关键词:微晶纤维素;研究进展;制备 中图分类号:T Q 352 文献标识码:A 文章编号:1671-9905(2010)01-0012-05 微晶纤维素(Microcrystalline cellulose,M CC)是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度(LOOP)的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒,颜色为白色或近白色,无臭、无味,颗粒大小一般在20~80L m,极限聚合度(LODP)在15~375;不具纤维性而流动性极强。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂,在稀碱溶液中部分溶解、润涨,在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。由于具有较低聚合度和较大的比表面积等特殊性质,微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业。 自1875年Girard 首次将纤维素稀酸水解的固体产物命名为/水解纤维素0后,100多年以来,微晶纤维素的研究,一直是纤维素高分子领域中的一个热点课题。美国粘胶纤维公司于1957年研究出微晶纤维素的生产方法,于1961年获得原始专利并工业化生产。美国FMC 公司于1961年研究开发生产微晶纤维素,目前已经是全美甚至世界上最大生产公司[1]。我国在微晶纤维素研究方面起步较晚,但从20世纪70年代开始我国在微晶纤维素方面生产已初见成效,20世纪80年代国内厂家生产的微晶纤维素逐步取代国外如西方石油公司、日本等公司的产品,到20世纪90年代我国研制的微晶纤维素质量达到国外同类产品的质量标准。 随着科技的发展,为了更大程度降低成本,有效利用资源和加强环保,人们也在不断研究采用更好的原料和更好的方法来生产微晶纤维素,并进一步探究其可能的用途。本文主要根据国内外的有关文献报道综述了利用不同原料制备微晶纤维素的研究进展。 1 国内微晶纤维素研究进展 111 甘蔗渣微晶纤维素的制备研究 甘蔗渣纤维素的聚合度(DP)一般在500~700之间,水解后的平衡聚合度(DP)在100~200之间。甘蔗渣由于灰分高、白度低(灰分为112%~118%,白度为70%~80%),因此要用它来制备微晶纤维素必须进行增白和降低灰分处理。罗素娟[2]选择盐酸(工业级)来催化水解制备微晶纤维素,其流程见图1。其中固液比为1B 15,水解进行35min,即达到平衡聚合度。研究表明以甘蔗渣浆粕为原料生产微晶纤维素是可行的,产品质量符合标准要求,其中得率为82118%,聚合度为120,其颗粒数量分布较均匀,粒径较小,中位粒径1112L m,小于25L m 的产品占9211%,水分2142%,灰分0113%,白度90198%,经应用试验,效果良好,母液可以循环使用。生产废水经处理后达到排放要求。 第39卷 第1期2010年1月 化 工 技 术 与 开 发Technology &Development of Chemical Industry Vol 139 No 11 Jan 12010
细菌纤维素
细菌纤维素 摘要：细菌纤维素是一种新型的生物纳米材料材料，具有广泛的发展前景.本文从细菌纤维素的组成和结构入手，列举了细菌纤维素合成研究过程中的方法，并进一步对细菌纤维素在环境中的应用进行阐述，最后对未来细菌纤维素发展趋势作出了展望。 关键词：细菌纤维素，纳米材料，应用 众所周知，纤维素是自然界中最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料，是高分子化学诞生和发展阶段的主要研究对象之一。在当今世界面临人口、资源、环境和粮食四大问题的情况下，大力开发取之不尽用之不竭的天然高分子材料造福于人类，具有重要战略意义。 目前，人类获得纤维素的途径主要通过树木、棉花等职务光合作用合成和微生物合成。为了区别于植物来源的纤维素，称微生物合成的纤维素为微生物纤维素或者是细菌纤维素（简称BC）。细菌纤维素最初在1886年，用英国科学家Brown AJ利用化学分析方法确定。当时他发现在传统酿造液表面生成的类似凝胶半透明膜状物质为纤维素，在光学显微镜下观察到发酵生产的菌膜中存在菌体[1]。自然界中有少数细菌可以产生纤维素，其镇南关木醋菌属中的木醋杆菌（简称Ax）合成纤维素的能力最强，最具有大规模生产的能力。Ax合成细菌纤维素在纯度、抗拉强度、杨氏模量等理化性能方面均优于植物纤维素，且具有较强的生物性，在自然界中可以直接降解，是一种环境友好，性能优异型材料[2]。近年来引起了人们广泛的研究兴趣和关注。 1.细菌纤维素的结构和特性 1.1细菌纤维素的结构 经过长期的研究发现，细菌纤维素和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，都可视为D-吡喃葡萄糖单体以糖苷键连接而成的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结构，无分支结构，又称β-1, 4-葡聚糖。但相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子并不在同一平面上，而是呈稳定的椅状立体结构，数个邻近的β-1, 4-葡聚糖通过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于水的聚合物[3]。 1.2细菌纤维素的性质 1.2.1 细菌纤维素的独特性质 细菌纤维素和植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元, 但细菌纤维素纤维却有许多独特的性质。①细菌纤维素与植物纤维素相比无木质素、果胶和半纤维素等伴生产物，具有高结晶度（可达95%，植物纤维素的为65%）和高的聚合度(DP值2 000～8 000)； [4]②超精细网状结构。细菌纤维素纤维是由直径3～4 纳米的微纤组合成40～60 纳米粗的
微晶纤维素
微晶纤维素是一种白色、无臭、无味、多孔、易流动粉末，不溶于水、烯酸、氢氧化钠溶液及一般有机溶剂。聚合度约220，结晶度高。为高度多孔颗粒或粉末。 一、微晶纤维素主要有三大特性： 1、吸附性：为多孔性微细粉末，可以吸附其他物质如水、油及药物等。比表面积随无定形 区比例的增大而增大。 2、分散性：微晶纤维素在水中经剧烈搅拌，易于分散生成奶油般的凝胶体。胶态微晶纤维 素因含有亲水性分散剂，在水中能形成稳定的悬浮液，程不透明的“奶油”状或凝胶状。 3、反应性能：在稀碱液中少部分溶解，大部分膨化，表现出较高的反应性能。 二、微晶纤维素在国内应用领域： 1、医药卫生：①微晶纤维素分子之间存在氢键，受压时氢键缔合，故具有高度的可压性， 常被用作于粘合剂；压制的片剂遇到液体后，水分迅速进入含有微晶纤维素的片剂内部，氢键即刻断裂，因此可做为崩解剂。此外微晶纤维素的密度较低，比溶剂较大，粒度分布较宽，又常被用作稀释剂。②医药行业中MCC主要被用在两个方面，一是利用他在水中强搅拌下易于形成凝胶的特性，用于制备膏状或悬浮状类药物；二是利用其成型作用，而用于医用压片的赋形剂。目前医药行业中压片赋形剂可分为两类，一是传统方法使用淀粉赋形剂；第二类是利用新型的纤维素赋形剂。使用淀粉的工艺必须经过造粒阶段，而使用MCC则因为其流动性好，本身具有一定的粘合性直接压片，因此能工艺简化，生产效率得以提高，例外使用MCC还有服用后崩解效果好、药效快、分散好等优点，因此使用MCC在压片赋形剂上得以广泛推广应用。 2、微晶纤维素在食品工业领域的应用：
微晶纤维素作为食品添加剂的主要作用有：泡沫稳定性；高温稳定性；液体的胶化剂； 悬浮剂；乳化稳定性等。其中乳化稳定性是微晶纤维素在食品工业领域最主要的功能。 3、微晶纤维素在轻工化工领域的应用： ①陶瓷业：陶瓷厂在陶土中添加微晶纤维素，不仅能增湿坯强度，提高半成品率，而 且焙烧时烧除微晶纤维质使陶瓷具有质轻透明的特色。 ②玻璃业：微晶纤维素胶液能在玻璃表面形成极黏的膜涂层，能为玻璃纤维提供纤维 素的表层，使其能用一般的纺织机器加工。 ③涂料业：在涂料中添加微晶纤维素，能使涂料具有触变性，以控制涂料的粘度、流 动性及涂刷性能。 4、微晶纤维素在日常化学工业中的应用： ①某些等级的微晶纤维素用于化妆及皮肤护理品的制造，甚至包含尿素这样难以掺和 的配料，同起耐热稳定剂的作用。 ②微晶纤维素与细砂、高岭土等混合，可制成含磨料的卫浴、厨房及手部皮肤的清洁 剂。 ③将微晶纤维素与羧甲基纤维素钠盐、有机物及水混合，可制成服装洗涤过程的保护 性胶体。 三、医药行业中微晶纤维素用于粉末直接压片的特点： ①可以使易吸潮的药物（土霉素、食母生、酵母片等）避免湿热的阴影，克服粘冲、 劣片的现象，有利于提高片剂的质量。
纤维素酶的介绍
纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用 纤维素酶的生产方法及在食品行业的应用 纤维素酶（cellulase)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单成分酶，而是由多个酶起协同作用的多酶体系。 纤维素酶在扩大食品工业原料和植物原料的综合利用，提高原料利用率，净化环境和开辟新能源等方面具有十分重要的意义。 纤维素酶的来源 纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、微生物、细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。 目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种较多的是丝真菌，其中酶活力较强的菌种为木霉属（Trichoderma）、曲霉属（As pergillus）和青霉属（Penicillium）,特别是绿色木霉（Trichoder mavirde）及其近缘菌株等较为典型，是目前公认的较好的纤维素酶生产菌。 现已制成制剂的有绿色木霉、黑曲霉、镰刀霉等纤维素酶。同时，反刍动物依靠瘤胃微生物可消化纤维素，因此可以利用瘤胃液获得纤维酶的粗酶制剂。另外，也可利用组织培养法获得所需要的微生物。 纤维素酶的生产方法 目前，纤维素酶的生产主要有固体发酵和液体发酵两种方法。 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，其投资少，工艺简单，产品价格低廉，目前国内绝大部分纤维素生产
厂家均采用该技术生产纤维素酶。然而固体发酵法存在根本上的缺陷，以秸秆为原料的固体发酵法生产的纤维素酶很难提取、精制。目前，我国纤维素酶生产厂家只能采用直接干燥法粉碎得到固体酶制剂或用水浸泡后压滤得到液体酶制剂，其产品外观粗糙且质量不稳定，发酵水平不稳定，生产效率较低，易污染杂菌，不适于大规模生产。 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，然后送发酵釜内发酵，同时加入纤维素酶菌种，发酵时间约为70h，温度低于60℃。采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌，发酵完毕后的物料经压滤机板框过滤、超滤浓缩和喷雾干燥后制得纤维素酶产品。液态深层发酵由于具有培养条件容易控制，不易染杂菌，生产效率高等优点，已成为国内外重要的研究和开发方向。 纤维素酶的应用 制酒 在进行酒精发酵时添加纤维素酶可显著提高酒精和白酒的出 酒率和原料的利用率，降低溶液的黏度，缩短发酵时间，而且酒的口感醇香，杂醇油含量低。纤维素酶提高出酒率的原因可能有两方面：一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用；另外，由于纤维素酶对植物细胞壁的分解，有利于淀粉的释放和被利用。 将纤维素酶应用于啤酒工业的麦芽生产中可增加麦粒溶解性，
国内的溶菌酶的应用与发展 陈邱
国内的溶菌酶的应用与发展 溶菌酶,又称胞壁质酶。球蛋白G、N - 乙酰胞壁质聚糖水解酶。最早对溶菌酶的研究起于 N icolle 1907 年发表的枯草芽孢杆菌中的溶解子,1922年 Flem ing等发现,在人的唾液、眼泪中存在有能够溶解细胞壁杀死细菌的酶,因而被命名为溶菌酶 [1] 。1965年,英国的菲利普等用 X衍射法对溶菌酶进行研究分析,第一个完全弄清了溶菌酶的立体结构 [ 2 ]。此后人们发现溶菌酶广泛地存在于高等动物组织及分泌物，植物及各种微生物中,其中在新鲜的鸡蛋清中含量最高。溶菌酶可选择性地分解微生物细胞壁的同时不破坏其它组织,且本身无毒无害,因而它是一种天然的安全性能很好的杀菌剂,防腐剂,将可应用于食品防腐、医药制剂日用化工等行业。在我国,溶菌酶的应用范围和应用量还比较有限,但可以预计，溶菌将会是应用于我国食品工业中一种重要的功能性食品添加剂。 溶菌酶的结构特点和抗菌作用机制结构特点与复杂性 大多数鸡蛋清溶菌酶是由129个氨基酸组成的碱性球状蛋白 ,相对分子量在14000 ～18000。其等电点可达 10 7,存在 4 个二硫键。正常条件下溶菌酶作用的最适温度为45℃～50 ℃。蛋清溶菌酶在低温干燥下可长期保存。其纯品为白色粉末状结晶,无臭、味甜 ,易溶于低浓度的食盐水。在碱性条件下易被破坏,但在酸性溶液中其化学性质稳定,热稳定性很强 ,在 pH4 ～7 时,100℃下处理1m in 酶仍保持良好的活性,在pH3时,100℃加热处理 45m in 仍能保持活性{3}。溶菌酶在水溶液中6215 ℃下,维持30min则完全失活,在2015%
的乙醇中,在 6215 ℃下维持 20m in而不失活[4]。王玮等[5]研究表明。在一元醇和二元醇溶液中溶菌酶分子的稳定性均随着醇浓度的增大而提高。人溶菌酶分子量为14600,由130个氨基酸组成 ,也存在4个二硫键,其酶活性比鸡蛋清溶菌酶高2倍左右。在生产或应用溶菌酶时,由于工艺或环境的变化,极易造成酶的变性失活,因此必须采取一定的手段使蛋白复性，减少损失。史晋辉等[7]研究发现 ,当酶浓度较低时,017mol/L 的盐酸胍即可使溶菌酶完全复性。此外 , 溶菌酶和其它酶具有相似的性质 , Karupp iah等[8]研究表明,向复性溶液中加入适量的β- 环糊精,可使变性的碳酸脱水酶的复性率达到80% 。董晓燕等[9]利用β-环糊精和十六烷基三甲基溴化的联合作用,在适宜盐酸胍浓度下,溶菌酶可完全复性。王彦等利用离子交换色谱法研究发现,当复性缓冲液中不含其它盐类时,脲浓度为 210mol /L时复性产率最高,当脲浓度高时,硫酸铵能很好地提高溶菌酶的复性回收率。 溶菌酶的抗菌作用机制 目前已知的几种溶菌酶有:内- N -乙酰己糖胺酶、酰胺酶β-1,3、β-1,6葡聚糖酶和甘露聚糖酶、几丁质酶、磷酸甘露糖酶脱、乙酰壳多糖酶[11]。参与细菌细胞壁溶解作用的溶菌酶大致可分为作用于糖苷键和作用于肽和酰胺部分的两类。内- N -乙酰己糖胺酶、β- 1, 3、β 1, 6葡聚糖酶等主要作用于糖苷键,使糖苷键断裂,破坏细胞壁的分子结构,而酰胺酶等则主要作用于多肽,使多肽断裂。以内 - N - 乙酰己糖胺酶为例,内- N-乙酰己糖胺酶能够催化水解细胞壁肽聚糖分
细菌纤维素
改性纤维素在卫生领域的研究及应 用情况 （昆明理工大学化学工程学院轻化工程2010级肖任） 摘要： 纤维素是自然界最丰富的自然资源，在未来对于解决人类面临的能源、资源、和环境污染等问题方面有非常重要的作用，但是纤维素分子中由于高密度的氢键影响作用，使之在医疗卫生领域等方面受到了很大的限制。综述近年来通过对纤维素化学改性合成可以得到纤维素衍生物在医疗卫生方面的应用。其中，细茵纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物可降解性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。概括细茵纤维素的性质、研究历史以及在生物医学材料上的应用，重点阐述细茵纤维素在组织工程支架、人工血管、人工皮肤和治疗皮肤损伤方面的应用以及当前研究现状。 关键词：纤维素、细茵纤维素、组织工程支架、人工血管、人工皮肤、化学改性、 医疗卫生 Modified cellulose in health field research and should use situation Cellulose is the most abundant natural resources of nature, in the future to solve human beings are facing with the energy, resources, and environment pollution and so on has a very important role, but cellulose molecules due to the high density of hydrogen bond effect, make in the medical and health fields was much limited. Recent advances in chemical modification of cellulose by synthesis can get cellulose derivatives in medical applications. Among them, the fine wormwood cellulose is a kind of natural biopolymer, with biological activity, biodegradable property, biological adaptability, has a unique physical, chemical and mechanical properties, such as high degree of crystallinity, high water binding capacity, ultrafine nano fiber network, a high strength and modulus of elasticity, etc., and become in recent years international new biomedical materials research hot spot. The nature of the cellulose in fine wormwood, historical study and the application of biomedical materials, the paper fine wormwood cellulose in tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin and the treatment of skin damage and the application of the current research status. Keywords: cellulose, fine wormwood cellulose, tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin, chemical modification, medical and health 细菌纤维素( bacterial cellulose，简称 B C) 又称为微生物纤维素( microbial cellulose ) ，不仅是地球上除植物纤维素之外的另一类由细菌合成的天然惰性材料，而且是世界上公认的性能优异的新型生物学材料。能够产生纤维素的细菌【1】主要有A c e t o b a c t e r ，R h i z o b i u m，A g r o b a c t e r i u m和S a r c i n a等，其中研究最多、产量最高的是A c e t o b a c t e r x y l i n u m( A ．x y l i n u m，木醋杆菌) 。从纤维素的分子组成看，B c和植物纤维一样都是由B - D- 葡萄糖通过B ．1 ，4 精苷键结合成的直链，直链间彼此平行，不呈螺旋构象，无分支结构，又称为 B - 1 ，4．葡聚糖。但从物理、化学、