纤维素酶的研究进展.pdf

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1、第31卷第5期2010年10月化学工业与工程技术Jounta￡0fChetntc口￡IndHs￡ry＆Engi住eeringV01．31No．50ct．。2010纤维素酶的研究进展谢敬(青岛科技大学化工学院，山东青岛266042)摘要：综述了纤维索酶的发展近况及研究进展，介绍了纤维素酶水解结晶纤维素的机制、反应的协同作用及碳水化合物结合组件在反应中所起的作用，并对纤维索酶的研究趋势进行了展望。关键词：纤维素酶；生物燃料；结晶纤维素；定向进化；理性设计中图分类号：Q556文献标识码：A文章编号：1006—7906(2010)05一0046一04Researchprogres

2、sonceIlulasexlEJing(CollegeofChemicalEngineering，QingdaoUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266042，China)Abst隐ct：Therecentdevelopmentsituationandtheresearchprogressofcellulasearesummarized．Themechanismofcellu一1asetohydrolyzecrystallinecellulose，synergisticreaction，andtheroleofcarbohyd

3、ratebindingmodulesareintroduced，andtheresearchtrendforcellulaseisprospected．Keywo“b：Ce儿ulase；Biofuel#Crystallinecellulose；Directedevolution；Rationaldesign。随着化石能源日益枯竭，生物质能源由于其资源丰富、可再生性和不增加温室气体排放等优点，正日益引起政府和社会的重视。中国政府在2007年12月发布的《中国的能源状况与政策》中提出要重点研究生物质能源。国家发改委在2007年8月31日发布的《可再生能源中长期发展规划》提出，

4、到2020年，我国生物燃料(通过生物资源生产的燃料乙醇和生物柴油)消费量将占到全部交通燃料的15％左右，并建立起具有国际竞争力的生物燃料产业[1]。因此，获得高效、低成本的生物燃料至关重要。采用纤维素酶将生物质水解为糖，再发酵可生产生物液体燃料(如生物乙醇、丁醇和碳氢化合物等)。具体研究过程如下：(1)采用物理或化学前处理方法，破坏植物细胞壁中的半纤维素一木质素一纤维素结构，并修饰纤维素纤维结构以利于纤维素酶进行水解；(2)纤维素酶水解纤维素产糖；(3)发酵生产乙醇、丁醇或烃混合物心]。由于糖发酵生产乙醇的技术已很完善，并且可获得高浓度乙醇(15％)产量，因此大多数反应过

5、程都倾向于生产乙醇。同时，鉴于丁醇与汽油混合性更好并可行驶更多的里程数，也有研究发酵生产丁醇，但丁醇具有毒性，其最高浓度仅为2％。以上3步过程目前都没有得到充分优化，需进一步进行研究。另外，尚不清楚反应所用基质是否为玉米秸秆、稻草、高梁、柳树或杨树等，并且不同基质的预处理条件可能不同。1生物燃料的生产途径目前纤维素酶水解生物质产液体燃料有2种途径：(1)分步水解发酵(separatehydr01ysisandferlmentation，SHF)，即先用自由酶水解植物细胞壁聚合物，再将得到的糖进行发酵；(2)联合生物加工(consolidatedbioprocessing，

6、CBP)，是指纤维素酶生产、纤维素和半纤维素的水解以及水解产物的发酵都在一个单一的工艺流程中进行。要完成CBP反应，可采用厌氧菌水解植物细胞壁并将糖发酵成乙醇[3]，或将SHF的两步反应简单合并于一个反应器中进行。因为还没有合适的厌氧菌用于CBP反应，研究者正在进行筛选与构建合适的菌株。而CBP过程中有2个问题会影响生物燃料的高效产量：(1)植物细胞壁的水解和糖发酵所需适宜温度不同，若整个过程中的限速步骤减少，其容器就需要比两步反应过程的容器大，于是便降低了CBP采用一收稿日期：2010—03—28作者简介：谢敬(1988一)．女，青岛科技大学化工学院09级研究生。主要从

7、事生物化工和生物制药方面研究。Bmail：，【iejin98081@163．com谢敬纤维素酶的研究进展·47·个反应器的优势；(2)相对于需氧菌，厌氧菌需要更多的碳源去产生等量的蛋白质，因此很难大量生产工业过程的细菌。2纤维素酶的发展近况纤维素酶是世界上第三大工业酶，广泛应用于植物性农产品加工、饮料和调味品的酿造、纺织工业、纸张回收、清洁剂酶、动物饲料添加剂等方面[4]。若纤维素酶水解生物质产生的乙醇、丁醇或其他糖发酵产品成为主要运输燃料，那么纤维素酶将会成为世界上第一大工业酶。目前市场上的工业纤维素酶几乎都由可水解纤维素的