論產纖維素酶黑麴黴菌的探究進展論文

　　黑麴黴菌菌種特性：黑麴黴，半知菌亞門，絲孢綱，絲孢目，叢梗孢科，麴黴屬真菌中的一個常見種。廣泛分佈於世界各地的糧食、植物性產品和土壤中。在發酵工業主要用於生產澱粉酶、酸性蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶、檸檬酸、葡糖酸和沒食子酸等。以下是小編為大家精心準備的：論產纖維素酶黑麴黴菌的探究進展相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　論產纖維素酶黑麴黴菌的探究進展全文如下：

　　摘要：作為地球上含量最為豐富，分佈最為廣泛的可再生生物質資源，纖維素的開發與利用對於解決能源危機、環境汙染、糧食資源緊張等問題意義重大。纖維素由D - 葡萄糖分子以β - 1，4 糖苷鍵組成的大分子多糖，其分子結構結晶度與聚合度高，需要利用纖維素酶的水解作用，將其降解成為單糖，繼而進行纖維素的合理利用與轉化。

　　纖維素酶是一組複合酶系，通過多種酶的協同作用水解降解纖維素，纖維素酶主要來源於可產纖維素酶的細菌和真菌。其中，由於絲狀真菌纖維素酶產量高於細菌和酵母菌等真菌，被廣泛應用於纖維素酶產業化生產。作為絲狀真菌中的一員，黑麴黴菌高產纖維素酶，且安全、無毒素，在產纖維素酶微生物研究領域，黑麴黴菌是開發、利用最為廣泛的真菌之一。近年來，在高產纖維素酶微生物，發酵產酶工藝，應用領域等方面國內外均開展了相關研究，且取得了一定的進展。

　　1 纖維素酶的組成與催化機制

　　纖維素酶是由三種不同酶組成的複合酶系，主要包括內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶或纖維二塘水解酶、β - 葡萄糖苷酶。三種酶通過協同作用將纖維素降解為寡糖和纖維二塘，並最終水解為葡萄糖。內切葡聚糖酶主要作用於纖維素分子的非結晶區，隨機水解β - 1，4 糖苷鍵併產生大量帶有非還原末端的小分子纖維，此外，也能水解纖維素的某些基團取代產物，如羧甲基纖維素和羥乙基纖維素等。外切葡聚糖酶主要作用於微晶纖維素分子的還原端和非還原端，水解β - 1，4 糖苷鍵，從而裂解下二糖分子。β - 葡萄糖苷酶可將纖維二糖和其他可溶性寡糖水解為葡萄糖。

　　2 產纖維素酶微生物

　　產纖維素酶的微生物主要包括細菌、真菌和放線菌。放線菌和細菌纖維素酶產量相對較低，放線菌生長緩慢，相關研究較少，細菌纖維素酶多為內切葡聚糖酶，對結晶纖維素無活性，且分離難度較大，影響其產業化開發。高產纖維素酶的真菌主要包括麴黴菌屬、木黴菌屬、青黴菌屬、鐮孢菌屬和枝頂孢雄屬等。其中，絲狀真菌是纖維素酶產業化開發與利用的首選微生物。麴黴菌屬是絲狀真菌中著名的高產纖維素酶菌屬之一，而作為麴黴菌屬中的一員，黑麴黴菌除高產纖維素酶外，還能合成木聚糖酶、果膠酶、澱粉酶、α - 半乳糖苷酶、β - 葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、甘露聚糖酶、植酸酶、蛋白酶等酶，可促進生物質的高效降解，且安全、無毒素，其研究與產業化開發也較為廣泛。

　　3 黑麴黴菌產酶工藝與影響因素

　　由於黑麴黴菌需在低含水量固態發酵底物中生長、傳代，其生產纖維素酶工藝通常採用固體發酵法。固體發酵法的最大優點是可以利用木質纖維素廢棄物作為發酵底物，且固體發酵法提供的生長環境與黑麴黴菌的天然生長環境相似，更有利於其生長、傳代。此外，固體發酵法還具備成本低，工藝簡單，酶產物回收率高，能源需求低，汙水排放少等優點。主要缺點是發酵過程中溫度、pH、營養成分含量等工藝條件的控制與監測較為複雜與困難。另外，國外也有學者改良了黑麴黴菌發酵產酶工藝，Cunha 等選用黑麴黴菌為生產菌，甘蔗廢棄物為發酵底物，應用固液連續發酵法生產纖維素酶，研究結果表明，應用固液連續發酵法獲得內切葡聚糖酶和木聚糖酶產量高於傳統的固體發酵法。

　　黑麴黴菌纖維素酶產量受到多種因素影響，主要包括髮酵培養工藝，產酶誘導因子，菌株產酶效率，發酵裝置生產效率等均可影響黑麴黴菌的生長狀態，從而影響其酶合成量。其中，發酵培養條件*** 如pH、溫度、培養基氮源、碳源、陽離子等*** 可通過優化實驗改良。在固體發酵底物中新增不同種類的纖維素和木質素，乳糖等誘導因子，可在一定程度上誘導黑麴黴菌提高纖維素酶產量。

　　4 產纖維素酶黑麴黴菌應用研究

　　黑麴黴菌高產纖維素酶，在乙醇等生物燃料開發領域具有一定應用前景。此外，在食品加工，木質纖維素廢棄物降解，動物飼料新增劑等領域也取得了相關研究進展。

　　4. 1 生物燃料

　　2010 年我國可收集秸稈資源量約為7 億t，加上工業和林業纖維廢棄物，每年木質纖維素資源總量將超過20 億t。產纖維素黑麴黴菌可將農作物的秸稈、工業和林業纖維廢棄物等木質纖維素原料水解為葡萄糖，用於生產乙醇、有機酸和其他化學制品，從而緩解人們對礦物燃料的依賴。Bjorn 等將甘蔗渣和雲杉木水解液作為發酵底物，研究了重組黑麴黴菌D15 菌株的產酶特性，結果表明，重組黑麴黴菌D15 不僅可降解木質纖維素，還可降解和轉化其衍生物，如乙酸、呋喃醛、紫錐菊多酚等，有利於酵母菌乙醇發酵，從而促進以木質纖維素生物質為原料第二代生物乙醇工廠的發展。

　　4. 2 食品加工

　　在保健食品、果汁和蔬菜汁加工和茶葉加工等領域，國內外學者報道了相關研究。Dhillon 等選用蘋果醬、稻殼、藜蘆醇、硫酸銅、乳糖等原料配製固體發酵培養基，研究了黑麴黴菌NRRL - 567 纖維素酶粗提液中非特異性殼多糖酶和殼聚糖酶的活性，殼多糖酶和殼聚糖酶活性分別達到了70. 28 U/g 和64. 20 U/g，且儲存1 個月後酶活性仍達到92% ～94%。高殼多糖酶和殼聚糖酶活性的黑麴黴菌纖維素酶提取液，可用於生產低分子量殼多糖和殼聚糖低聚體。在保健食品生產方面具有重要的用途。

　　Ajay等從黑麴黴菌DFR - 5 酶液中提純木聚糖酶，並研究了木聚糖酶與果膠酶和纖維素酶混合物對菠蘿汁產量和澄清度的影響。與對照組相比，木聚糖酶試驗組菠蘿汁的生產率和澄清度分別達到了71. 3% 和64. 7%，均高於對照組*** 61. 8% 和57. 8%*** 。結果表明，黑麴黴菌木聚糖酶提取液可用於提高果汁澄清度，在果汁和蔬菜汁加工領域具有一定的應用前景。另外，在茶葉加工領域，黑麴黴菌是普洱茶發酵過程中的優勢菌，通過合成多種酶類，促進酚類物質、纖維素、果膠、蛋白質等物質的分解，可一定程度上改善茶葉感官特性，縮短加工時間，提高茶葉品質。

　　4. 3 木質纖維素廢棄物降解

　　纖維素類城市固體廢棄物作為一類可再生生物質，其資源量巨大，可用於生產纖維素酶，Gautam等選用城市固體廢棄物作為碳源，研究了黑麴黴菌和木黴菌纖維素酶活，固體廢棄物、蛋白腖、酵母提取液為最理想的碳源和氮源，黑麴黴菌和木黴菌培養物中酶的總量比其他真菌高40% ～ 60%。結果表明，纖維素類城市固體廢棄物作為一種碳源，可由黑麴黴菌和木黴菌降解、利用。此外，黑麴黴菌還可降解農作物秸稈、甘蔗渣、椰殼廢棄物等纖維素廢棄物資源，合成纖維素酶，變廢為寶，從而減少資源浪費，降低環境汙染。

　　4. 4 動物飼料新增劑

　　由於黑麴黴菌安全，無毒素，且高產纖維素酶，在動物飼料新增劑研究與應用領域，已引起國內外學者的關注。Chandra 等分別以牛落花生飼草、麥麩、米糠、鋸屑等木質纖維素作為固體發酵底物，研究了黑麴黴菌濾紙酶活、羧甲基纖維素酶活和葡萄糖苷酶酶活，比較了各種底物發酵前後蛋白含量。其中，黑麴黴菌發酵落花生飼草和麥麩底物後濾紙酶活、羧甲基纖維素酶活、β - 葡萄糖苷酶酶均顯著高於其他實驗組。此外，發酵後的牛落花生飼草蛋白含量有所提高。

　　結果表明，黑麴黴菌可發酵牛落花生飼草、麥麩等木質纖維素合成纖維素酶，且提高了牛落花生飼草營養價值。張福元等研究了黑麴黴發酵玉米秸稈產纖維素酶及降解基質的營養條件，優化營養條件後可使黑麴黴菌株產CMCase、FPase 酶活性達到最高。此外，經黑麴黴菌發酵後，玉米秸稈粗蛋白含量提高了1. 2 倍，粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量分別下降了34%、19%、23%。結果表明，黑麴黴菌可發酵玉米秸稈合成纖維素酶，且提高了玉米秸稈營養價值，為玉米秸稈青貯、黃貯發酵飼料的產業化開發和應用提供了科學依據。

　　5 小結

　　纖維素資源產量巨大，纖維素類廢棄物也日漸增多，科學、高效降解纖維素類生物質資源，促進其可迴圈利用可在一定程度上減少資源浪費，降低環境汙染。纖維素酶可高效降解纖維素，然而，降解纖維素耗酶量巨大，如何提高纖維酶產量是關鍵。微生物發酵是纖維素酶產業化生產的有效途徑，可研究、選育高產纖維素酶菌株進行生物發酵產酶。

　　隨著微生物學、生物化學，生物遺傳學，基因工程學等學科的不斷髮展，應進一步開展高產纖維素酶黑麴黴菌菌株選育，發酵產酶工藝優化，纖維素酶生物活性與作用機制等研究，提高纖維素酶活，縮短加工時間，降低生產成本，從而促進產纖維素黑麴黴菌的產業化開發與利用。