纤维素酶发酵消泡剂的糖化处理
发布时间:2012-07-04 11:56:25
1.纤维素酶：产纤维素酶的微生物相当广泛，细菌、放线菌、霉菌及担子菌类都能产生纤维素酶。但能产生胞外纤维素酶系的种类则主要局限于木霉属，漆斑菌属，青霉属等少数丝状真菌。不管是普通的纤维素酶还是胞外纤维素酶，在生产的过程都需要用到纤维素酶发酵消泡剂，进行纤维素酶的产生。由于纤维素酶是一种多酶体系，在经过纤维素酶发酵消泡剂的处理后，目前已发现有三种即C1酶，Cx酶及β一糖苷酶。C1酶是从纤维素长链非还原性末端，以纤维二糖为单位，切割β-1，4-糖苷键的外切酶。Cx酶是切断纤维素长链内的任意糖苷键的内切酶。Cx酶的作用可为C1酶提供更多的非还原性末端。C1酶和C×酶单独使用时活性较低，两者混合后活性则提高很多。β-糖苷酶将纤维二糖水解成葡萄糖，可解除纤维二糖对C1酶和Cx酶的抑制作用。因此，在纤维素的糖化过程中，β-糖苷酶的不足，往往成为糖化反应的限速因子。
2. 纤维素酶糖化存在的问题：用纤维素酶糖化纤维素的最大缺点是糖化速度慢。其原因有四方面：①基质纤维素结构的难分解性；②酶活性低。尤其是β-糖苷酶活性太低。③纤维素糖化过程中的生成物纤维素二糖及葡萄糖分别抑制C1，C1酶及β-糖苷酶。由于β-糖苷酶活性低，使纤维二糖积累，更加深抑制C1酶、Cx酶；④木糖的积累，木糖由半纤维素水解产生（由于预处理未能除去半纤维素），当反应液中的木糖浓度达到5%时，木糖对纤维素酶的抑制率可达到10%。使用纤维素酶发酵消泡剂时解决上面出现的四个原因的有效方法，特别是第三种和第四种原因。
为了减少纤维二糖、葡萄糖、木糖等的抑制作用，研究者们提出两个解决方案：一是开发管式连续糖化反应器和多段式酶糖化反应器，用此反应器并配合使用纤维素酶发酵消泡剂进行间歇式反应，投料浓度可达15%，糖化率达85%，时间是24 h；二是设法移去葡萄糖，在酒精发酵中可采用糖化发酵同时式（简称SSF)工艺，例如，在酶法糖化的同时，接入能利用木糖的菌株与酿酒酵母，降低木糖和葡萄糖浓度，减少对纤维素酶的抑制作用，从而提高糖化效率。但可能出现另一个问题，是酶和酵母所需温度的不一致性，要解决这一矛盾就要筛选出耐高温的产酒精酵母。
3. 纤维素的酸糖化工艺，在过去一直使用，酸法有浓酸和稀酸水解法两种。
a．浓酸水解法：效果好，但要消耗大量硫酸。有的用少量浓硫酸与干燥的植物原料以及纤维素酶发酵消泡剂进行混合碾磨，最后将粘料加水稀释并煮沸即可得到糖液。用这个方法对每100 kg的干木材，硫酸的消耗量可降到30 kg (85%H2S04)。但由于初期生成的葡萄糖，长期与强酸接触，就会分解为乙酰丙酸、蚁酸等，使葡萄糖产率下降。
b．稀酸水解法：原料和酸的接触面积越大，则水解效果越好，因此，原料适当粉碎是必要的。
本文参考《发酵微生物学》一书。
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