淺談纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的作用

秦宇倫

摘 要：纖維素酶是酒精生產(chǎn)的重要原料，在人們對(duì)其研究的深入下，纖維素酶也開(kāi)始在能源、環(huán)保、飼料等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文主要針對(duì)纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的作用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：纖維素酶；酒精生產(chǎn)；作用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，酒精生行業(yè)和酶制劑工業(yè)也得以迅猛發(fā)展，纖維素酶作為一種酶產(chǎn)品在酒精生產(chǎn)過(guò)程中起著重要的作用，在纖維素分解過(guò)程中，它起到了生物催化的作用，使得酒精產(chǎn)量上升了一個(gè)大的臺(tái)階。那么在酒精生產(chǎn)中如何科學(xué)合理地利用纖維素酶成為一個(gè)重要的課題。本文主要從纖維素酶的內(nèi)涵和在酒精生產(chǎn)中的作用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

1 纖維素酶的概述

纖維素在酒精生產(chǎn)中起到了關(guān)鍵性的作用，所以要想了解纖維素酶的基本概念，需要了解纖維素酶的性質(zhì)和發(fā)酵制備兩個(gè)方面的內(nèi)容。

1.1 纖維素酶的性質(zhì)

纖維素酶是在自然界的生物體內(nèi)提取出來(lái)的，其組成包含多種酶，這些酶之間具有一定的協(xié)同作用，可以對(duì)纖維素產(chǎn)生降解作用，將其轉(zhuǎn)化為葡萄糖，一般情況下，我們可以將纖維素酶分為β葡糖苷酶、Cx酶、C1酶幾種類型。在釀酒的過(guò)程中，C1酶起著最為重要的作用，可以直接破壞纖維素鏈，促使纖維素內(nèi)部的纖維素鏈斷裂，并游離纖維素分子末端，促使纖維素鏈由不溶水狀態(tài)到溶水狀態(tài)的過(guò)程。Cx酶主要作用是對(duì)纖維素進(jìn)行活化，把β1和β4鍵的纖維素酶分解開(kāi)。這三種類型的酶如果單獨(dú)存在就不能分裂結(jié)晶體纖維素，但是當(dāng)這三種酶的比例達(dá)到合適的程度的時(shí)候，共同作用下就能夠有效對(duì)纖維素降解。

1.2 纖維素酶的發(fā)酵制備

纖維素酶的產(chǎn)酶菌有多種，如細(xì)菌、放線菌、絲狀真菌都是常見(jiàn)的產(chǎn)酶菌，每種類型的產(chǎn)酶菌由于其結(jié)構(gòu)的不同，功能上也有諸多的不同。所以準(zhǔn)確的選育酶種是纖維素酶生產(chǎn)的基礎(chǔ)工作。在各種產(chǎn)酶菌中，絲狀真菌在產(chǎn)酶過(guò)程中發(fā)揮出了較大的優(yōu)勢(shì)，絲狀真菌產(chǎn)生的纖維素酶是胞外酶，使得酶的分離和提取過(guò)程變得簡(jiǎn)單易行。其它的產(chǎn)酶率相對(duì)于其他產(chǎn)酶菌明顯較高，結(jié)構(gòu)也更為合理。在生產(chǎn)中除了能夠生產(chǎn)產(chǎn)酶菌，還能夠生產(chǎn)果膠酶和淀粉酶等。

纖維素是一種重要的誘導(dǎo)酶，在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)纖維素酶的合成起著誘導(dǎo)作用，所以要想取得理想的發(fā)酵效果，就必須有誘導(dǎo)酶的存在。從發(fā)酵制備方法來(lái)看，纖維素酶有固態(tài)發(fā)酵法和液態(tài)發(fā)酵法常見(jiàn)的發(fā)酵制備方法。

纖維素酶在釀酒中起著不可替代的作用，將其應(yīng)用在釀造業(yè)，每100kg的原料大約可以增加10～15kg的出酒量，且生產(chǎn)出的成品酒味醇香。如果是釀造白酒，那么原料中對(duì)于纖維的含量要求較高，如果應(yīng)用纖維素酶進(jìn)行生產(chǎn)，可以將纖維素以及淀粉轉(zhuǎn)化為糖類，在酵母的作用下，將其分解為酒精，數(shù)據(jù)顯示，該種方式可以提高3%～5%的出酒率，且生產(chǎn)出的成品品質(zhì)上佳，對(duì)于纖維和淀粉的利用率非常高，可以有效縮短發(fā)酵和生產(chǎn)的時(shí)間。

2 纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用

纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的作用體現(xiàn)在提高出酒率和酶解纖維素原料生產(chǎn)燃料酒精兩個(gè)方面。

2.1 纖維素酶在發(fā)酵過(guò)程中提高出酒率

利用纖維素酶可以有效提高酒精生產(chǎn)過(guò)程中的出酒率。從酒精生產(chǎn)的原料來(lái)看，玉米、高粱和木薯是生產(chǎn)酒精的主要原料，除此之外纖維素酶的應(yīng)用可以把不能被淀粉酶、糖化酶吸收的一定比例的纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化成發(fā)酵性糖，進(jìn)而提高出酒率。纖維素酶提高出酒率的原因有兩個(gè)方面，一方面是纖維素一部分分解成葡萄糖供酵母使用，另一方面分解植物細(xì)胞壁以后，能夠完全釋放和使用淀粉。其過(guò)程為纖維素在C1，Cx的作用下轉(zhuǎn)變成纖維二糖，再經(jīng)過(guò)β葡糖苷酶的作用轉(zhuǎn)變成葡萄糖，然后葡萄糖在酵母的作用下變成乙醇。從這一過(guò)程我們可知，纖維素酶在酒精的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于提高出酒率起到了很大的作用。

2.2 纖維素酶酶降解纖維素在燃料酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用

對(duì)木質(zhì)纖維素進(jìn)行預(yù)處理也可以提高纖維素的水解。纖維素原料通過(guò)預(yù)處理，在酸或酶的作用下進(jìn)行水解糖化反應(yīng)，然后在酵母的輔助下產(chǎn)生酒精。纖維素酶的應(yīng)用在酒精生產(chǎn)中起到了對(duì)纖維素原料進(jìn)行纖維酶解的作用，同時(shí)還可以對(duì)葡萄糖對(duì)于纖維素的水解產(chǎn)生抑制作用，有效緩解了能源危機(jī)問(wèn)題，在下一階段下，我國(guó)需要積極推行纖維素酶降解法，充分利用其過(guò)程產(chǎn)生燃料酒精。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，纖維素酶在酒精生產(chǎn)過(guò)程中起到了巨大的作用，不僅僅提高了出酒率，它的副產(chǎn)品的生產(chǎn)對(duì)我國(guó)能源發(fā)展也起到了積極作用，這一系統(tǒng)的工程涉及多種知識(shí)，在酒精生產(chǎn)的過(guò)程中，不僅要科學(xué)利用纖維素酶，還需要對(duì)纖維素酶的性質(zhì)進(jìn)行深入分析，同時(shí)對(duì)制備過(guò)程也應(yīng)該透徹理解，這樣在保證出酒率的同時(shí)，也充分應(yīng)用纖維素酶酶解纖維素原料，以生產(chǎn)出燃料酒精。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，不斷研究探索，尋找出更有效的方法策略，對(duì)我國(guó)能源生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展起著積極重要的作用。

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