纖維素酶的分類(lèi)與應(yīng)用

來(lái)源：浙江聯(lián)碩生物科技有限公司 2022年08月17日 11:10

纖維素酶（β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶）是降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱(chēng)，它不是單體酶，而是起協(xié)同作用的多組分酶系，是一種復(fù)合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、內(nèi)切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等組成，還有很高活力的木聚糖酶。作用于纖維素以及從纖維素衍生出來(lái)的產(chǎn)物。微生物纖維素酶在轉(zhuǎn)化不溶性纖維素成葡萄糖以及在果蔬汁中破壞細(xì)胞壁從而提高果汁得率等方面具有非常重要的意義。

分類(lèi)

按組成與功能

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endo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.4），來(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱(chēng)EG，來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱(chēng)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(lái)自真菌的簡(jiǎn)稱(chēng)CBH，來(lái)自細(xì)菌的簡(jiǎn)稱(chēng)Cex) 和β-葡聚糖苷酶（β-1,4- glucosidase，EC.3.2.1.21）簡(jiǎn)稱(chēng)BG。內(nèi)切葡聚糖酶隨機(jī)切割纖維素多糖鏈內(nèi)部的無(wú)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(lái)源的纖維素酶。

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(guò)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(shuō)，該假說(shuō)認(rèn)為必須以不同的酶協(xié)同作用，才能將纖維素*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(guò)，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。

應(yīng)用

纖維素酶在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用：

常見(jiàn)的畜禽飼料如谷物、豆類(lèi)、麥類(lèi)及加工副產(chǎn)品等都含有大量的纖維素。除了反芻動(dòng)物借助瘤胃微生物可以利用一部分外，其它動(dòng)物如豬、雞等單胃動(dòng)物則不能利用纖維素。

以下是纖維素酶在牛、雞、豬日糧中的應(yīng)用：

牛日糧

焦平林等（1996）用閹牛試驗(yàn)，在日糧中按每頭每日添加纖維素酶40g，飼喂60天，結(jié)果表明加酶組日增重892.78g，對(duì)照組日增重746.8g，差異極顯著（P<0.01）。焦平林又用30頭荷斯坦奶牛進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)組按每頭每日添加50g纖維素酶，結(jié)果表明，試驗(yàn)組15頭奶牛在68天總產(chǎn)奶量為2916kg,而對(duì)照組15頭奶牛在68天的總產(chǎn)奶量為2689kg，差異顯著（P<0.05）。付連勝等（1998）報(bào)道，在瘤胃功能正常狀態(tài)下，成年奶牛及育成牛飼喂纖維素酶5天后，其糞便干物質(zhì)和飼喂前相比，減少30%，一周后，封閉式牛舍氨含量下降70%左右，粗飼料采食量提高8-10%，尿中尿素下降58.9%，懷孕奶牛在產(chǎn)前30天始飼喂纖維素酶，分娩后，不產(chǎn)生生理性消化不良癥狀，胎兒體重可增加1.5-3kg，并無(wú)畸形和弱胎。產(chǎn)牛體質(zhì)恢復(fù)快，產(chǎn)奶高峰維持時(shí)間長(zhǎng)（一直至第四個(gè)泌乳月）。趙長(zhǎng)友等（1998）綜述了纖維素酶在草食動(dòng)物日糧中的應(yīng)用，均取得了顯著效果。

雞日糧

肉雞日糧一般以高魚(yú)粉、高玉米、高豆粕為主。為減少這些常規(guī)原料的使用量，廣泛采用廉價(jià)的飼料原料，秦江帆等（1996）在肉雞日糧中提高富含纖維的麥麩比例，添加0、0.05%、0.1%纖維素酶制劑進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，添加0.1%纖維素酶組比對(duì)照組在1-2、3-6、7-8周三個(gè)生長(zhǎng)階段日增重分別提高4.31%、4.54%、4.13%，耗料比分別下降1.56%、4.50%、4.3%。徐奇友（1998）在蛋雞日糧中添加0.1%、0.15%、0.5%纖維素酶，結(jié)果表明，在1-10月的產(chǎn)蛋期間，產(chǎn)蛋率分別提高0.53%、1.25%、2.88%，酶水平0.15%和0.5%組的破蛋率降低34.49%、16.19%，蛋殼強(qiáng)度分別提高14.71%和8.41%。

豬日糧

據(jù)尹清強(qiáng)等（1992）報(bào)道，在基礎(chǔ)日糧中添加0.6%和1.2%纖維素復(fù)合酶，結(jié)果生長(zhǎng)育肥豬增重比對(duì)照組分別提高16.84%和21.86%。Wank等（1993）報(bào)道，添加纖維素酶，使中性洗滌纖維消化率由30.3%提高到34.1%，酸性洗滌纖維消化率從68.8%提高到73.9%，能量消化率由69.3%提高到71.8%。

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