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或纖維素和幾丁質(zhì)分子結(jié)構(gòu)圖endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4)，來自真菌的簡(jiǎn)稱EG，來自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱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)，來自真菌的簡(jiǎn)稱CBH，來自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱Cex) 和β-葡聚糖苷酶(β-1,4- glucosidase，EC.3.2.1.21)簡(jiǎn)稱BG。

內(nèi)切葡聚糖酶隨機(jī)切割纖維素多糖鏈內(nèi)部的無定型區(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)用真菌來源的纖維素酶。 折疊按降解機(jī)理

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，該假說認(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(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，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。

影響因素纖維素酶的最適pH一般在4.5~6.5。葡萄糖酸內(nèi)酯能有效的抑制纖維素酶，重金屬離子如銅和汞離子，也能抑制纖維素酶，但是半胱氨酸能消除它們的抑制作用，甚至進(jìn)一步激活纖維素酶。植物組織中含有天然的纖維素酶抑制劑;它能保護(hù)植物免遭霉菌的腐爛作用，這些抑制劑是酚類化合物。如果植物組織中存在著高的氧化酶活力，那么它能將酚類化合物氧化成醌類化合物，后者能抑制纖維素酶。

菌種選育是纖維素酶生產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作，國(guó)內(nèi)外許多專家進(jìn)行了大量研究，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的纖維素酶產(chǎn)品，王家林等(1996)在吸收國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，先后引進(jìn)了綠色木霉木10、綠色木霉Sn-91014、康氏木霉NT-15、黑曲霉XX-15A，在此基礎(chǔ)上，采用了紫外線、特定電磁波輻射、線性加速器，亞硝基胍等物理、化學(xué)的誘變方法，獲得了高產(chǎn)菌株NT15-H、NT15-H1、XT-15H、XT-15H1。其中木霉NT-15H固體培養(yǎng)活力經(jīng)輕工部食品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心南京站檢測(cè)表明，濾紙活力為3670u/g, C1-酶活力24460u/g，Cx-酶活力1800u/g，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

此菌種在工廠化生產(chǎn)中性能穩(wěn)定。張苓花等(1998)采用康氏木霉W-925，J-931，經(jīng)過濃度為2%硫酸二乙酯和紫外線(15W、30cm、2min)復(fù)合誘變后，得到了產(chǎn)酶活性高的Wu-932菌種，該菌種CMC糖化力達(dá)到2975，濾紙?zhí)敲富钚詾?31，比出發(fā)菌W-925分別提高了100%和81%?；げ匡暳咸砑觿┘夹g(shù)服務(wù)中心王成書等(1997)采用該中心的里氏木霉A3先進(jìn)行紫外線和亞硝基胍復(fù)合誘變后，將處理過的孢子接種于纖維雙層平板上，30℃培養(yǎng)5-8天，15℃放置7-10天，挑選透明圈直徑和菌落直徑比較大的單菌落進(jìn)行三角瓶固態(tài)發(fā)酵再篩選，得到了產(chǎn)纖維素酶活力很高的里氏木霉91-3菌株。

纖維素酶菌種易退化，退化后其產(chǎn)酶力明顯降低，其原因可能有三個(gè)方面:

①經(jīng)誘變篩選的菌種發(fā)生回復(fù)突變

②自然負(fù)突變

③菌種長(zhǎng)時(shí)間低溫斜面保藏，會(huì)在分生孢子上長(zhǎng)出次生菌絲，而次生菌絲所形成的分生孢子生命力弱，這可能是菌種退化的主要原因。為了避免纖維素酶菌種退化，張苓花等(1998)報(bào)道，采用砂土管保藏菌種。即將過篩洗凈的砂子與土以3:2比例混合分裝在試管內(nèi)，用1kg/cm2壓力滅菌30分鐘共三次，將欲保存的斜面菌種制備成1000ml孢子懸浮液，每個(gè)砂土管注入0.5ml，搖勻，放入盛有無水CaCl2真空干燥器內(nèi)保存。經(jīng)測(cè)定，在所測(cè)的121天內(nèi)，酶的活性基本不變;酶活性下降50%的時(shí)間，由常規(guī)方法的60天延長(zhǎng)至160天，明顯地減緩了菌種退化速度。

發(fā)酵工藝?yán)w維素酶的生產(chǎn)工藝主要有兩種，即固體發(fā)酵和液體發(fā)酵，其工藝如下:

影響產(chǎn)酶量和活力的因素

影響纖維素酶產(chǎn)量和活力的因素很多，除菌種外，還有培養(yǎng)溫度、pH、水分、基質(zhì)、培養(yǎng)時(shí)間等。這些因素不是孤立的，而是相互聯(lián)系的。張中良等(1997)采用均勻設(shè)計(jì)Cl12(1210)，以綠色木霉(T.ViriclePers.expr)為菌種，研究了影響產(chǎn)纖維素酶的五大因素對(duì)產(chǎn)酶量和活力的作用，認(rèn)為基質(zhì)粗纖維含量為40%、初始pH7.5、加水4倍、在26-31℃條件下培養(yǎng)45h可獲得最大產(chǎn)酶量26mg/g和CMC酶活力20mg/g·h。王成華等(1997)也研究了其誘變篩選的里氏木霉91-3的產(chǎn)酶條件，結(jié)果表明該菌種以7:3的秸稈粉和麥麩，另添加4%硫酸銨、0.4%磷酸二氫鉀、0.1%硫酸鎂為最佳培養(yǎng)基，28-32℃為適宜培養(yǎng)溫度，30℃為最佳溫度，4%為最佳接種量，96h到達(dá)發(fā)酵高峰。張苓花等(1998)研究了以康氏木霉W-925為出發(fā)菌，經(jīng)誘變后得到的Wu-932纖維素酶高產(chǎn)菌的最佳發(fā)酵條件。結(jié)果表明，以1:2的麥麩和稻草粉為培養(yǎng)基，5%的接種量，稻草粉碎平均長(zhǎng)度3-5mm，初始pH4-5，溫度在28-35℃，發(fā)酵時(shí)間72h為最佳發(fā)酵條件。

污染菌的控制

飼用纖維素酶普遍存在一種俗稱的"白毛菌"污染。污染后輕者酶活性下降，重者發(fā)酵失敗。為此，研究控制發(fā)酵污染意義很大。張苓花等(1998)研究"白毛菌"的菌落特征、來源、生長(zhǎng)和生理特征及控制方法，找到了一種與康氏木霉Wu-932呈共生關(guān)系，而與"白毛菌"呈競(jìng)爭(zhēng)性抑制關(guān)系的熱帶假絲酵母菌J-931。利用此菌進(jìn)行混合發(fā)酵，可有效地控制"白毛菌"的污染。