纤维素酶

纤维素酶 物理化学2010-2011学年作业 纤维素酶 第1页 物理化学2010-2011学年作业 目录 一、简介 ........................................................ 4 二、纤维素酶的组成与功能 ........................ 5 三、纤维素酶降解纤维素的机理研究 ........ 6 四、纤维素酶理化特性 ................................ 7 4.1:分子量.............................................................................................................................. 7 4.2:等电点.............................................................................................................................. 7 4.3:最适温度 .......................................................................................................................... 8 4.4:纤维素酶的最适ph值 .................................................................................................... 8 4.5:纤维素酶的多样性 .......................................................................................................... 8 4.6:纤维素酶的诱导性 .......................................................................................................... 9 五、纤维素酶菌种选育 ................................ 9 六、发酵工艺 .............................................. 11 6.1、固体发酵工艺 ................................................................................................................ 11 6.1.1 固体发酵工艺特点: .............................................................................................. 11 6.1.2 固体发酵设备 ....................................................................................................... 11 6.1.3固体发酵工艺流程 ................................................................................................ 12 6.1.4 固体发酵工艺条件 ............................................................................................... 12 6.2液态深层发酵工艺 ........................................................................................................... 12 6.2.1液态深层发酵工艺特点 ........................................................................................ 12 6.1.2液态深层发酵设备 ................................................................................................ 13 6.2.3液态深层发酵工艺流程 ........................................................................................ 13 6.2.4液体深层发酵工艺条件 ........................................................................................ 13 七、纤维素酶的应用 .................................. 14 7.1 食品酿造业的应用 .......................................................................................................... 14 7.1.1 酿酒行业 ............................................................................................................... 14 7.1.2 酱油食醋酿造 ....................................................................................................... 14 7.2 农牧业上的应用 .............................................................................................................. 15 7.2.1 纤维素酶在反刍动物中的应用 ........................................................................... 15 7.2.2 纤维素酶在单胃动物中的应用 ........................................................................... 15 7.3 纤维素酶在纺织上的应用 .............................................................................................. 16 7.3.1 减量处理 ............................................................................................................... 17 7.3.2 水洗和石磨处理 ................................................................................................... 17 7.4 造纸业上的应用 .............................................................................................................. 18 第2页 物理化学2010-2011学年作业 7.5纤维素酶在畜禽生产中的应用 ....................................................................................... 19 7.5.1、在牛日粮中的应用 ............................................................................................. 19 7.5.2、在鸡日粮中的应用 ............................................................................................. 20 7.5.3、在猪日粮中的应用 ............................................................................................. 20 八、展望 ...................................................... 21 8.1、进一步加强纤维素酶的作用机制研究。 .................................................................... 21 8.2、酶的产量和活性都不高，成本偏高。 ........................................................................ 21 8.3、加强纤维素酶检测方法研究。 .................................................................................... 22 第3页 物理化学2010-2011学年作业 一、简介 酶又称酵素，是生物细胞原生质合成且具有高度催化活性的蛋白质。通常又称为“生物催化剂”。目前已发现有2000 多种。分子量在数万至数十万之间。生物体内的含量一般极少，它能参与生物体的各种生理生化活动，起催化剂的作用。酶不同于一般的催化剂，它有特殊的催化能力，在常温和常压下其催化效率比一般催化剂高107-1013倍。酶还有严格的专一性，一种酶一般只能专一地催化某一种或某一类化学反应。其缺点是不稳定，易受外界条件(如酸、碱和热等因素)的影响而变性失活。 纤维素酶是一种复合酶，属生物催化剂，是水解纤维素以获取葡萄糖的一套酶系，它是由大约14000个葡萄糖残基通过beta-1，4-糖苷键连接而成的线性聚合物，其基本重复单位为纤维二糖。纤维素酶包括纤维素内切酶，外切酶和beta-葡萄糖苷酶。三种酶之间存在协同作用。纤维素内切酶作用于纤维分子内部，把长纤维切成短纤维;纤维素外切酶作用于纤维分子的一端，以两个糖为单位进行切割生成纤维二糖;beta-葡萄糖苷酶切割纤维二糖生成葡萄糖。纤维二糖强烈抑制纤维素外切酶的活性，葡萄糖作为最终产物则抑制多步反应。因此，三种酶的活性互相平衡才能有效地降解纤维素。 地球上每年产生超过5000亿吨的纤维素，贮藏极为丰富的资源。纤维素酶作为降解纤维素的高活性生物催化剂，广泛用于酿酒、食品、饲料养殖、纺织、造纸、制药、环保、石油开采等领域。它的生产对 第4页 物理化学2010-2011学年作业 人类生存环境和可持续发展有着举足轻重的影响。我国农作物秸杆每年约6亿吨，如果其中30%通过纤维素酶转化为酶贮秸饲料，可相当于1亿吨饲料粮。当前，世界上只有少数发达国家达到纤维素酶工业化生产。我国从50年代开始研制，80年代获得高活性菌株，并在90年代初完成固体发酵法纤维素酶工业化生产。 纤维素酶种类繁多，来源很广。不同来源的纤维素酶其结构和功能相差很大。由于真菌纤维素酶产量高、活性大，故在畜牧业和饲料工业中应用的纤维素酶主要是真菌纤维素酶。 二、纤维素酶的组成与功能 纤维素酶根据其催化反应功能的不同可分为内切葡聚糖酶(1，4-β-D-glucan glucanohydrolase或 endo-1，4-β-D-glucanase， EC3.2.1.4)，来自真菌的 简称EG，来自细菌的简 称Cen、外切葡聚糖酶(1， 4-β-D-glucan 纤维素和几丁质分子结构图 cellobilhydrolase或exo-1，4-β-D-glucannase，EC.3.2.1.91)，来自真菌的简称CBH，来自细菌的简称Cex) 和β-葡聚糖苷酶(β-1，4- glucosidase，EC.3.2.1.21)简称BG。内切葡聚糖酶随机切割纤维素多糖链内部的无定型区，产生不同长度的寡糖和新链的末端。外切葡聚 第5页 物理化学2010-2011学年作业 糖酶作用于这些还原性和非还原性的纤维素多糖链的末端，释放葡萄糖或纤维二糖。β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖产生两分子的葡萄糖。真菌纤维素酶产量高、活性大，在畜牧业和饲料工作中主要应用真菌来源的纤维素酶。 三、纤维素酶降解纤维素的机理研究 纤维素酶反应和一般酶反应不一样，其最主要的区别在于纤维素酶是多组分酶系，且底物结构极其复杂。由于底物的水不溶性，纤维素酶的吸附作用代替了酶与底物形成的ES复合物过程。纤维素酶先特异性地吸附在底物纤维素上，然后在几种组分的协同作用下将纤维素分解成葡萄糖。 1950年，Reese等提出了C1-Cx假说，该假说认为必须以不同的酶协同作用，才能将纤维素彻底的水解为葡萄糖。协同作用一般认为是内切葡聚糖酶(C1酶)首先进攻纤维素的非结晶区，形成Cx所需的新的游离末端，然后由CX酶从多糖链的还原端或非还原端切下纤维二糖单位，最后由β-葡聚糖苷酶将纤维二糖水解成二个葡萄糖。不过，纤维素酶的协同作用顺序不是绝对的，随后的研究中发现，C1-Cx和β-葡聚糖苷酶必须同时存在才能水解天然纤维素。若先用C1酶作用结晶纤维素，然后除掉C1酶，再加入Cx酶，如此顺序作用却不能将结晶纤维素水解。 第6页 物理化学2010-2011学年作业 四、纤维素酶理化特性 4.1:分子量 不同来源、不同组分的纤维素酶分子量差别较大，其变化范围很广。 目前普遍认为: 1.内切酶分子量介于23,146kDa;(但有研究认为)内切酶相对分子量介于23,118kDa(胞内酶)和47,76kDa(胞外酶)。 2.真菌EG的两种异构酶，EGI的分子量约为54kDaEG?的分子量约为49.8kDa。 3.外切酶分子量介于38,118kDa，木霉属真菌产的CBH 1分子量约为66kDa，CBHII的分子量为53kDa;13—葡萄糖苷酶为90,l00kDa(胞内酶型)和47,76kDa(胞外酶型)。 4.2:等电点 等电点(pI)是蛋白质分子的重要理化特征。纤维素酶系中 各组分的等电点随菌种来源、培养条件的变化而异。 一般认为，木霉属真菌产的CBHI的pI值约为4.2，CBHII 的pI值约为5.9。真菌EGI的pI值约为4.7，EGUI的pI值为 4.8,5.6(也有报道约为7.47)，BG的pI值约为7.5,8.5。 第7页 物理化学2010-2011学年作业 4.3:最适温度 酶反应存在一个最适温度。一般纤维素酶的最适温度范围为40—60?。纤维素酶各组分热稳定性也存在差异，内切酶(Cx)的最适温度为50,60?，热稳定性好，在95?时仍保留一般的酶活性;不同来源的β—葡萄糖苷酶的最适温度均为50,60 ? 。然而有研究报道，β—葡萄糖苷酶具有很高的耐温性，在50?保温60h，仍保持95%以上的活性，最适温度为70?。也有报道，康宁木霉中的外切酶(C1)具有特殊的热稳定性，其最适温度为40,60?。 4.4:纤维素酶的最适ph值 纤维素酶酶活对环境pH值很敏感，不同菌种、不同组分的纤维素酶最适pH值有差异。如曲霉、青霉及木霉产生的酸性纤维素酶，一般在酸性环境pH4.0,5.0有较高活性。田新玉从200余株嗜碱细菌中筛选到一株产碱性纤维素酶的菌株N6227，其酶反应的最适pH值为8.5。内切酶(cx)的最适pH值为5.0,7.0;C1酶和BG最适pH值为5.0左右，BG在pH值4.0,8.0时稳定。 4.5:纤维素酶的多样性 产纤维素酶微生物一般不会只有一类纤维素酶组分。试验证明，S.pulverhlentum培养液就包括五种内切葡聚糖酶和两种不同的BG。T. emersonii的胞外酶包括三种BG、四种cx和五种 第8页 物理化学2010-2011学年作业 外切酶。即使只产生一类纤维素酶组分，也往往有多种不同的形式。Elena(S等报道，一种白热担子菌(phanerochaete chrysosporium)依靠碳源，能在细胞外、细胞内和细胞壁上产生三种不同的BG，其相应的相对分子量分别为96kDa、98kDa和114kna。同一微生物，也可能因为不同的地区来源、不同的培养条件而使得纤维素酶的成分有很大差别，这也是纤维素酶多样性的表现。 4.6:纤维素酶的诱导性 真菌纤维素酶是诱导酶，在诱导物存在下才能产生。许多不溶性的纤维素、可溶性的纤维素衍生物、一些低聚糖类以及某些单糖和二糖均可作为纤维素的诱导物。Nisizawa研究发现，纤维素、纤维二糖、槐糖、纤维索衍生物等都能诱导里氏木霉和绿色木霉产生纤维素酶。然而值得注意的是，纤维二糖、葡萄糖等低分子可溶性糖在低浓度时有促进作用，而较高浓度时便开始抑制。当然，对于不同微生物来说，同一浓度、同一物质也可能有着不同甚至完全相反的作用。 五、纤维素酶菌种选育 菌种选育是纤维素酶生产的基础性工作，国内外许多专家进行了大量研究，为了生产高质量的纤维素酶产品，王家林等(1996) 第9页 物理化学2010-2011学年作业 在吸收国内外经验的基础上，先后引进了绿色木霉木10、绿色木霉Sn-91014、康氏木霉NT-15、黑曲霉XX-15A，在此基础上，采用了紫外线、特定电磁波辐射、线性加速器，亚硝基胍等物理、化学的诱变方法，获得了高产菌株NT15-H、NT15-H1、XT-15H、XT-15H1。其中木霉NT-15H固体培养活力经轻工部食品质量监督检测中心南京站检测表明，滤纸活力为3670u/g， C1-酶活力24460u/g，Cx-酶活力1800u/g，已达到国际先进水平。此菌种在工厂化生产中性能稳定。张苓花等(1998)采用康氏木霉W-925，J-931，经过浓度为2%硫酸二乙酯和紫外线(15W、30cm、2min)复合诱变后，得到了产酶活性高的Wu-932菌种，该菌种CMC糖化力达到2975，滤纸糖酶活性为531，比出发菌W-925分别提高了100%和81%。化工部饲料添加剂技术服务中心王成书等(1997)采用该中心的里氏木霉A3先进行紫外线和亚硝基胍复合诱变后，将处理过的孢子接种于纤维双层平板上，30?培养5-8天，15?放置7-10天，挑选透明圈直径和菌落直径比较大的单菌落进行三角瓶固态发酵再筛选，得到了产纤维素酶活力很高的里氏木霉91-3菌株。 纤维素酶菌种易退化，退化后其产酶力明显降低，其原因可能有三个方面:?经诱变筛选的菌种发生回复突变。?自然负突变。?菌种长时间低温斜面保藏，会在分生孢子上长出次生菌丝，而次生菌丝所形成的分生孢子生命力弱，这可能是菌种退化的主要原因。为了避免纤维素酶菌种退化，张苓花等(1998)报道， 第10页 物理化学2010-2011学年作业 采用砂土管保藏菌种。即将过筛洗净的砂子与土以3:2比例混合分装在试管内，用1kg/cm2压力灭菌30分钟共三次，将欲保存的斜面菌种制备成1000ml孢子悬浮液，每个砂土管注入0.5ml，摇匀，放入盛有无水CaCl2真空干燥器内保存。经测定，在所测的121天内，酶的活性基本不变;酶活性下降50%的时间，由常规方法的60天延长至160天，明显地减缓了菌种退化速度。 六、发酵工艺 6.1、固体发酵工艺 6.1.1 固体发酵工艺特点: 固体发酵法又称麸曲培养法，是以秸秆粉、废纸、玉米秸秆粉为主要原料，拌入种曲后(装入盘或帘子上，摊成薄层(厚约1 cm)，在培养室一定温度和湿度(RH 90,一100,)下进行发酵。 其主要特点是发酵体系没有游离水存在，微生物是在有足够湿度的固态底物上进行反应，发酵环境接近于自然状态下的微生物生长习性，产生的酶系更全，有利于降解天然纤维素，且投资低、能耗低、产量高、操作简易、回收率高、无泡沫、需控参数少、环境污染小等。但固体发酵法易被杂菌污染，生产的纤维素酶分离纯化较难(且色素不易去除。 6.1.2 固体发酵设备 浅盘发酵器是比较常用的一种固态发酵设备，培养基经灭菌冷 第11页 物理化学2010-2011学年作业 却后装入浅盘，通过空气增湿器调节空间的温湿度进行发酵，工业化程度较低。固体发酵设备发展的趋向是机械化发酵罐，尤其是流化床式固体发酵设备，发酵效果将更好。 6.1.3固体发酵工艺流程 6.1.4 固体发酵工艺条件 固体发酵过程中的温度、湿度、时间、水分、pH值等因素及其交互作用对发酵有显著影响，对周态发酵而言，温度是首要因素。培养基及培养条件的优化，是降低酶制剂成本、提高酶活、实现其工业化生产的重要措施。一般认为利用真菌进行固态发酵最好将培养基的起始pH值调为酸性，这样有利于真菌的生长而抑制细菌的滋生。固态发酵培养基的初始含水量，应视纤维素材料种类不同而异。 6.2液态深层发酵工艺 6.2.1液态深层发酵工艺特点 液态深层发酵又称全面发酵，是将秸秆等原料粉碎、预处理并灭菌后送至具有搅拌桨叶和通气系统的密闭发酵罐内，接入菌 第12页 物理化学2010-2011学年作业 种，借强大的无菌空气或自吸的气流进行充分搅拌，使气、液面积尽量加大而进行发酵。其主要特点是培养条件容易控制，不易染杂菌，生产效率高。液态深层发酵是现代生物技术之一，已成为国内外重要的研究和开发工艺。 6.1.2液态深层发酵设备 液态深层发酵一般采用具有搅拌桨叶和通气系统的菌体生长。利用气相双动态固态发酵可为纤维素酶大规模生产奠定基础。 6.2.3液态深层发酵工艺流程 6.2.4液体深层发酵工艺条件 液体发酵时问约为70 h，温度一般低于60?。液态发酵中使用的接种量明显低于固态发酵，其接种量浓度一般为2,一10,(v,v)。张冬艳等研究了绿色木霉AS.3.3711、康宁木霉A S.3.2774、木霉A S.3.3032和康宁木霉ACC.3.167的适宜发酵产酶条件，结果表明,最适温度为28?，产酶适宜的起始pH值为4.5—5.5。曾青兰等对丝状真菌菌株GibbereUaf可ikuroi产纤维素酶的条件进行了研究，结果表明，接种量为5,、培养时间为 第13页 物理化学2010-2011学年作业 120h、培养温度为28,37?、培养基初始pH值为5—6时，产酶可以达最佳值。 七、纤维素酶的应用 7.1 食品酿造业的应用 7.1.1 酿酒行业 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及原料的利用率，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2方面:一是原料中部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用;二是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。用纤维素酶预处理啤酒糟，可提高啤酒糟蛋白酶解率超过 10% ;纤维素酶在清香型优质白酒中的应用，出酒率可提高13%，而且不影响酒的感官品质 ;在日本清酒生产中，浸米时加入0.02%,0.1%的纤维素酶浸泡17h，米的溶解性好，糖化发酵顺利，酒渣少，出酒率高 。 7.1.2 酱油食醋酿造 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 第14页 物理化学2010-2011学年作业 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，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，并且使酱油各项主要指标均提高3%。采用固体制曲、固态酒精发酵和固态醋酸发酵生产工艺对纤维素酶在食醋酿造方面的应用进行了系统研究，结果表明纤维素酶添加量为 10μ mol/min,50μ mol/min，产酒精量比 CK提高 7.5% ,23.8%，食醋产量提高 0.25kg,136kg，主料出品率提高 5.1%,27.2% 。 7.2 农牧业上的应用 7.2.1 纤维素酶在反刍动物中的应用 在瘤胃微生物区系结构正常的情况下，添加纤维素酶能以几倍的效率提高粗纤维和其他营养物质的酵解强度消化吸收水平。在瘤胃发生病理变化即微生物区系失去平衡进入腐解过程时，高活性纤维素酶能迅速调整微生物区系结构，恢复平衡关系和正常酵解、吸收、合成过程有试验表明，在瘤胃正常状态下，添加纤维素酶饲喂奶牛5昼夜以后，其粪便干物质和饲喂前相比，减少了30%左右;1周以后，封闭牛舍氨气含量下降 70%左右，粗饲料采食量提高 10%,20%，粪便中蛋白质含量提高 8%,10%尿液中尿素量下降 58.9%。 7.2.2 纤维素酶在单胃动物中的应用 除肠道中的微生物可以降解部分纤维素外，单胃动不能分泌 第15页 物理化学2010-2011学年作业 断裂β-1，4 糖苷键的内源酶，所以饲料中含有的纤维素对单胃动物而言几乎不具有营养价值。此外由于纤维素的交链、缠绕和粘附，阻碍营养物质的消化和吸收，并影响肠道微生物菌群的平衡。因此，在单胃动物日粮中添加纤维素酶具有营养和保健的双重功效。在日粮中添加纤维素酶饲喂肉鸡可使肉鸡饲料消耗量下降16.25%，体重增加 2.88%，料肉比降低 10.18%;同时使用纤维素酶、葡聚糖酶、木聚糖酶喂以大麦饲料为基础的雏鸡，结果使饲料消耗降低 2.9%，体重提高 1.3%。对饲喂添加纤维素酶的肉鸡进行各阶段的体重分析，结果试验鸡于 2周末、4周末体重在各日粮间差异极显著，说明酶制剂对肉鸡前期的生长作用显著; 6周末、8周末试验鸡体重在各日粮间也呈增高趋势。说明添加外源酶制剂补充了内源酶的不足，因而在肉鸡发育前期具有更显著的效果 。在蛋鸡常规饲料中添加 0.1%复合纤维素酶，试验组的产蛋率比对照组提高 1018%，蛋重提高1.7%，料蛋比下降 14.6% 。用纤维素酶添加日粮饲喂蛋鸡，对蛋形指数、蛋壳厚度未产生明显影响，但添加0.1%和 0.3%的纤维素酶降低了破蛋率 。用前期含草粉 10%，后期含草粉 15%的日粮添加纤维素酶喂肥育猪试验组比对照组日增重提高 0.255kg，料肉比下降 0.24每头每日增加效益 0.95元 。 7.3 纤维素酶在纺织上的应用 纤维素酶在染整上广泛应用，特别在棉织物整理上，经过纤 第16页 物理化学2010-2011学年作业 维素酶整理后，棉织物的手感和外观获得很大的改善由于织物表面的绒毛被除去，处理后织物更光洁，颜色更鲜艳。根据处理的目的不同，可进行生化抛光、柔软滑爽、改善光泽以及石磨水洗等加工。 7.3.1 减量处理 纤维素纤维织物用纤维素酶处理都伴随着纤维的减量或失重，并引起许多性能变化。减量处理主要是改善织物的柔软度、弹性和悬垂性。减量加工大多数采用液体染色机和水洗机。若织物被减量过大，纤维的强度会受到损伤棉织物的失重率一般控制为 3%,5%。棉织物经过纤维素酶整理后，手感和外观可以有很大的改善。因为织物表面的绒毛被去除，处理后的织物更光洁、颜色更鲜艳。织物的硬挺度和刚性降低，光滑度和悬垂性提高，使织物获得更好的手感。 7.3.2 水洗和石磨处理 纤维素酶还广泛应用于牛仔裤产品的洗涤加工，以代替石洗加工工艺。最早应用在靛蓝牛仔服装的洗涤整理上，以获得与石磨相同的染料脱色、洗白等褪色防旧效果其原理:首先将牛仔服装上的浆料充分去除，再充分发挥纤维素酶对牛仔服装表面的剥蚀作用。纤维素酶仅对牛仔服装表面部分水解，造成纤维在洗涤时发生脱落，在纤维素酶处理时，牛仔服装在转鼓中不断发生摩擦， 第17页 物理化学2010-2011学年作业 加速服装表面纤维的脱落，并使吸附在纤维表面的靛蓝等染料一起去除，产生石磨洗涤的效果，并具有独特的外观和柔软的手感。纤维素酶用于牛仔服装水洗石磨加工，加工后的服装雪花点多、立体感强、色光好。与传统的石磨工艺相比，酶洗工艺条件温和，耗能降低，减少了服装和设备的磨损，水洗效率高;与传统的化学助剂整理工艺相比，酶洗工艺大大减少了污水排放，有利于环境保护。 7.4 造纸业上的应用 近几年，旧纸的循环利用越来越多，酶法处理造纸纤维是一个普遍感兴趣的话题。尤其在旧纸脱墨中的使用，及其对纸纤维的影响等方面已有广泛的研究。传统的脱墨方法是漂洗和浮选，需使用 NaOH 、Na2CO3 、Na2SiO3 、H2O 等化学药品，且要在 40?、pH值 >10的条件下进行，易使纸的网状结构崩溃，纤维溶胀，纸和墨之间粘接力下降。用纤维素酶和半纤维素酶结合处理，可促进脱墨过程，并且能在低 pH值的纸浆中进行脱墨。现在采用的透印版印刷法，所使用的油墨中含有的干性油和干性树脂，能与纸张形成广泛的交联网络，因而传统方法较难将这种墨脱去。帕拉萨德等用纤维素酶和半纤维素酶共处理，已能将这种油墨脱下，并使纸纤维的洁白度、自由度和强度均有所提高，同时也节约了在传统方法中使用的化学原料。但在用纤维素酶脱墨时要严格控制酶剂量和作用时间。 第18页 物理化学2010-2011学年作业 葡萄糖不仅广泛用作食品和医药，还可以作为许多发酵产品的发酵原料。乙醇的微生物发酵能部分缓解当今日益严重的能源危机。城市垃圾富含纤维素材料，因此废料处理中产生纤维素酶微生物的贡献是不可低估的，近年正在开发以纤维素为添加剂的可分解塑料，也正是充分利用这类微生物的一个方面 。从天然界寻找或通过基因工程手段构建高活性菌株一直是努力的方向。天然纤维素的降解需要 3种纤维素酶的协同作用，加之天然纤维素常伴以木质素和果胶，所以要获得高产完整活性的工程菌首先需要有高效且稳定的表达系统，显然难度很大。但随着蛋造福人类。 7.5纤维素酶在畜禽生产中的应用 7.5.1、在牛日粮中的应用 焦平林等(1996)用阉牛试验，在日粮中按每头每日添加纤维素酶40g，饲喂60天，结果表明加酶组日增重892.78g，对照组日增重746.8g，差异极显著(P<0.01)。焦平林又用30头荷斯坦奶牛进行试验，试验组按每头每日添加50g纤维素酶，结果表明，试验组15头奶牛在68天总产奶量为2916kg，而对照组15头奶牛在68天的总产奶量为2689kg，差异显著(P<0.05)。付连胜等(1998)报道，在瘤胃功能正常状态下，成年奶牛及育成牛饲喂纤维素酶5天后，其粪便干物质和饲喂前相比，减少30%，一周后，封闭式牛舍氨含量下降70%左右，粗饲料采食量提高8-10%，尿中尿素下降58.9%，怀孕奶牛在产前30天始饲喂纤维 第19页 物理化学2010-2011学年作业 素酶，分娩后，不产生生理性消化不良症状，胎儿体重可增加1.5-3kg，并无畸形和弱胎。产牛体质恢复快，产奶高峰维持时间长(一直至第四个泌乳月)。赵长友等(1998)综述了纤维素酶在草食动物日粮中的应用，均取得了显著效果。 7.5.2、在鸡日粮中的应用 肉鸡日粮一般以高鱼粉、高玉米、高豆粕为主。为减少这些常规原料的使用量，广泛采用廉价的饲料原料，秦江帆等(1996)在肉鸡日粮中提高富含纤维的麦麸比例，添加0、0.05%、0.1%纤维素酶制剂进行试验，结果表明，添加0.1%纤维素酶组比对照组在1-2、3-6、7-8周三个生长阶段日增重分别提高4.31%、4.54%、4.13%，耗料比分别下降1.56%、4.50%、4.3%。徐奇友(1998)在蛋鸡日粮中添加0.1%、0.15%、0.5%纤维素酶，结果表明，在1-10月的产蛋期间，产蛋率分别提高0.53%、1.25%、2.88%，酶水平0.15%和0.5%组的破蛋率降低34.49%、16.19%，蛋壳强度分别提高14.71%和8.41%。 7.5.3、在猪日粮中的应用 据尹清强等(1992)报道，在基础日粮中添加0.6%和1.2%纤维素复合酶，结果生长育肥猪增重比对照组分别提高16.84%和21.86%。Wank等(1993)报道，添加纤维素酶，使中性洗涤纤维消化率由30.3%提高到34.1%，酸性洗涤纤维消化率从68.8% 第20页 物理化学2010-2011学年作业 提高到73.9%，能量消化率由69.3%提高到71.8%。 八、展望 我国是一个饲料资源十分紧张的国家，土地少、人口多，人畜争粮的矛盾十分突出。要保持我国饲料工业和畜牧业的持续发展，必须解决好饲料问题，否则将严重制约其发展。纤维素是自然界中十分丰富的资源，是800-1200个葡萄糖分子聚合而成。因此，可通过微生物发酵充分利用农副产品下脚料、秸秆、糠生产纤维素酶添加剂，用于提高畜禽生产性能，提高饲料利用率，改善饲料的营养价值，降低饲料成本和提高经济效益，具有广阔的开发前景，今后应进一步加强纤维素酶研究和开发工作。主要有如下几方面: 8.1、进一步加强纤维素酶的作用机制研究。 纤维素酶应用于饲料，作用于动物消化道，其机制尚未清楚。从理论上决定其添加量还很困难，目前只能从实验结果来决定，受影响因素很多，往往效果不够理想。对于单用多种原料的纤维素酶最佳添加量也研究不多，这将严重制约纤维素酶的推广应用。 8.2、酶的产量和活性都不高，成本偏高。 今后应加强菌种选育和发酵工艺等基础研究工作，以提高 第21页 物理化学2010-2011学年作业 其产量和活性，特别是要注意利用DNA基因重组技术的应用，来选育出活性高、产酶量大的菌种。 8.3、加强纤维素酶检测方法研究。 虽然纤维素酶的检测方法很多，但真正能适合饲料的检测方法还没有，这给实际应用工作带来困难，如无法比较不同厂家的产品质量，确定纤维素酶添加量也很困难，应组织有关力量，制订出统一的检测方法，供生产中应用。 第22页