纤维素酶在造纸工业中的应用研究进展

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在生物机械法制纸浆过程中，利用纤 维素酶能有效地节约精炼过程中的能耗， 并且能提高手感硬度。人们利用纤维素酶 和半纤维素酶混合物来改变纤维属性，以 期提高造纸厂的排水，打浆性能及效率。 同时可以改变成纸的物理性能，提高纸张 的抗张指数、压缩性和透明度。在实验室 和实验工厂人们已经深入研究了酶法去除 墨溃，但是这项技术还没有商业化。
放线菌中的分枝杆菌和原放线菌几乎不产纤维素 酶或产量极低，产量稍高的主要是黑红旋丝放线 菌（Actinomyces melanocyclus）、玫瑰色放线菌（A. melanocyclus） roseodiastaticus） roseodiastaticus）和纤维放线菌（A. cellulosae）。 cellulosae） 现在用于生产纤维素酶的微生物大多属于真 菌，因为真菌产生的三类纤维素酶，能分泌到菌 菌，因为真菌产生的三类纤维素酶，能分泌到菌 体外，一般不聚集形成多酶复合体，但相互发生 强烈的协同作用。研究较多的有木霉属、曲霉属、 强烈的协同作用。研究较多的有木霉属、曲霉属、 青霉属、根霉属和漆斑霉属。
二、纤维素酶的研究
自从 1904 年在蜗牛消化液中首次发现纤 维素酶后，人类对其研究经历了三个发展时期： 第一阶段是 20世纪80年代以前，主要工作是利 用生物化学的方法对纤维素酶进行分离纯化。 但由于纤维素酶来源广泛，组分复杂，纯化甚 为困难，进展缓慢。
第二阶段是 1980 年至 1988 年，主要工作是 利用基因工程的方法对纤维素酶的基因进行克隆 和一级结构的测定。其中里氏木霉的内切酶和外 切酶、粪肥纤维单胞菌的内切酶和外切酶、热纤 梭菌的内切酶的基因己被克隆和测序，并在大肠 杆菌，酵母菌等载体中得到表达。 第三阶段是利用结构生物学及蛋白质工程的方 法对纤维素酶分子的结构和功能进行研究，包括 纤维素酶结构域的拆分、解析、功能性氨基酸的 确定、水解的双置换机制的确定、分子折叠和催 化机制关系的探讨。

文章编号 ：１７ — ６ ６（ ０ ８ １— ０ ０ ０ ６ １９ ４ ２ ０ ） ０ ０ ５ — ４
纤维素酶及其在食 品工业 中的应用
钱 敏 ， 白卫 东
５０２） ２５ １ （ 仲恺农业工程学院 轻工食品学院 ，广东 广州
摘 要 ：介绍 了纤 维素酶的性质 、组成成分 、来源 、生产方法及作用 机理 。主要论述 纤维素酶在食 品工业 中 （ 果蔬加
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｌ ｌｓ ； ａ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｙｗｏ ｄ ： ｅｌ ａ ｅ ｕ ｃｉ ｃ ａ ｉｍ； ｆｏ ｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｏ ｄａ ｐｉ ｔ ｃ ｏ
剂 的最适 ｐ Ｈ值 会 随着底 物 的改 变 而 变化 ，即使 底 物 不 变 ，酶制 剂 的最适 ｐ Ｈ值 也 随着 酶 活力 的测 定方 法 纤 维 素酶 （ｅｕａｅ 是 能 将纤 维 素水 解 成 葡 萄 而 改变 。例如 ，黑 葡萄状 穗 酶纤 维素 酶 以羧 甲基纤维 ｃｌ ｌｓ） ｌ 糖 的 一 组 酶 的 总 称 ， １０ ９ ６年 首 次 在 蜗 牛 消 化 道 发 素 （ＭＣ 为底 物 时 ，测 定反 应体 系 黏度下 降 时 的最 Ｃ ） 现ｌ １ １ 。从纤 维 素酶 被 发现 以来 ，一 直 都 受 到世 界 各 国 适 ｐ Ｈ值 是 ８０ ．；当测 定 底 物 被 进 一 步 水 解 时 ，酶 的 生物 界 的广泛 关 注 ，人 们逐 渐地 意识 到纤 维素 酶在 生 最 适 ｐ Ｈ值 降 为 ６５ 另外 ，最 适 ｐ 值 与 反 应 温 度 ．。 Ｈ 物技 术 以及工 业上 的广 泛应 用 。 有关。
０ 引言
当今 世界 ，能 源 和资源 日趋 危机 ，人 们都 十分 期 望能借助纤维素酶将地球上最丰富 （ 占全球总生物量 ８ ％） ０ 、最廉 价 的可 再 生 资源 纤 维 素转 化 为能 直 接 利 用 的能 源 和 资 源 。现 在 纤 维 素 酶 的应 用 已扩 展 到 医 药 、纺 织 、 日用 化 工 、造 纸 、食 品发酵 、工 业洗 涤 、 烟草、石油开采 、废水处理及饲料等各个领域 ，其应 用 前景 十分广 阔脚 。专 家 预测 ，纤维 素 酶 的研 究 和 开 发利用是新世纪可再生性资源的关键［ ３ １ ，对于解决丁 农业 原 料来源 、能源危 机 、环境 污染 等 问题具 有 十分 重 要 的意 义

木质纤维素的酶解技术研究木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源之一，主要来源于农业废弃物（如秸秆）、林业废弃物（如木屑）以及工业废弃物（如造纸浆渣）等。

将木质纤维素转化为有用的产品，如生物燃料、生物化学品和生物材料，对于解决能源危机、环境保护和可持续发展具有重要意义。

酶解技术作为一种绿色、高效的方法，在木质纤维素的转化中发挥着关键作用。

一、木质纤维素的组成与结构木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。

纤维素是由葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性聚合物，具有较高的结晶度和分子取向性。

半纤维素是由多种不同的糖单元组成的支链聚合物，其结构较为复杂。

木质素则是一种无定形的芳香族聚合物，填充在纤维素和半纤维素之间，形成复杂的网络结构，为植物提供机械强度和抗微生物侵蚀的能力。

由于木质纤维素的复杂结构，其直接利用存在诸多困难。

纤维素的结晶区难以被水解，半纤维素的复杂结构需要特定的酶来分解，而木质素则会阻碍酶与纤维素和半纤维素的接触。

因此，在进行酶解之前，通常需要对木质纤维素进行预处理，以破坏其结构，提高酶解效率。

二、木质纤维素的预处理方法预处理的目的是降低木质纤维素的结晶度、去除木质素、增加孔隙率和表面积，从而提高酶对底物的可及性。

常见的预处理方法包括物理法、化学法和生物法。

物理法主要包括机械粉碎、微波处理和超声波处理等。

机械粉碎可以减小木质纤维素的颗粒尺寸，增加表面积，但能耗较高。

微波和超声波处理可以通过产生热效应和空化效应，破坏木质纤维素的结构，但设备成本较高。

化学法包括酸处理、碱处理和有机溶剂处理等。

酸处理可以有效地水解半纤维素，但可能会导致糖的降解和设备腐蚀。

碱处理可以去除木质素，但会产生大量的废水。

有机溶剂处理可以选择性地溶解木质素，但有机溶剂的回收和处理较为困难。

生物法主要是利用微生物或其产生的酶来分解木质素。

例如，白腐菌可以分泌木质素降解酶，对木质素进行分解，但处理周期较长。

三、酶解过程中涉及的酶酶解木质纤维素主要涉及纤维素酶、半纤维素酶和木质素降解酶。

·微晶纤维素·微晶纤维素的制备及其在功能材料领域中的应用进展陈嘉川颜家强张凯*和铭杨桂花*（齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室/制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东济南，250353）摘要：微晶纤维素（MCC ）是由纤维素降解产生的一种功能高分子材料，其具有比表面积大、热稳定性好、结晶度高和聚合度低等优点，在功能材料等相关领域具有较好应用前景。

本文首先介绍了MCC 制备过程中所用原料、预处理及制备方法等方面的研究进展，其次对MCC 在吸附材料、抗菌材料和发光材料等功能材料领域中的应用状况进行了综述，最后对MCC 的制备及应用研究进展进行了总结和展望。

关键词：MCC ；制备；功能材料；应用中图分类号：TS721文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.03.010Preparation of Microcrystalline Cellulose and Its Application in the Field of Functional MaterialsCHEN Jiachuan YAN Jiaqiang ZHANG Kai *HE Ming YANG Guihua *（State Key Lab of Bio-based Material and Green Papermaking/Key Lab of Pulp &Paper Science and Technology of Education Ministry ofChina ，Qilu University of Technology （Shandong Academy of Sciences ），Ji ’nan ，Shandong Province ，250353）（*E -mail ：zhangkai2018@ ；ygh2626@ ）Abstract ：Microcrystalline cellulose is a kind of multifunctional polymer material produced by cellulose degradation.It has the advantages of large specific surface area ，good thermal stability ，high crystallinity and low polymerization degree.Microcrystalline cellulose has a good application prospect in functional materials and other related fields.In this paper ，the research progresses of raw materials ，pretreatment and preparation methods in the preparation of microcrystalline cellulose were introduced firstly.Secondly ，the application status of micro⁃crystalline cellulose in the field of functional materials such as adsorption materials ，antibacterial materials and luminescent materials was re⁃viewed.Finally ，the research progress on the preparation and application of microcrystalline cellulose was summarized and prospected.Key words ：microcrystalline cellulose ；preparation ；functional materials ；application植物纤维原料具有储量丰富、可再生和绿色环保等优点，其主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素，各成分含量随原料种类和内部组织的差异而有所不同。