方詡，秦玉琪，李雪芝，王祿山，汪天虹，朱明田，曲音波

1 山東大學 微生物技術(shù)國家重點實驗室，濟南 250100 2 山東大學 國家糖工程技術(shù)研究中心，濟南 250100

纖維素酶與木質(zhì)纖維素生物降解轉(zhuǎn)化的研究進展

方詡1,2，秦玉琪1,2，李雪芝1,2，王祿山1，汪天虹1，朱明田1,2，曲音波1,2

1 山東大學 微生物技術(shù)國家重點實驗室，濟南 250100 2 山東大學 國家糖工程技術(shù)研究中心，濟南 250100

利用纖維素酶將預處理后的秸稈降解成可發(fā)酵性單糖，然后發(fā)酵生產(chǎn)所需的液體燃料及化工產(chǎn)品的技術(shù)，對于我國解決能源、環(huán)境、人口就業(yè)等難題有著巨大的積極影響。在木質(zhì)纖維素生物降解轉(zhuǎn)化工藝中，減少纖維素酶用量及提高酶解效率是降低木質(zhì)纖維素降解成本的關(guān)鍵。纖維素酶系和木質(zhì)纖維素酶水解技術(shù)的改進需要深入了解纖維素酶系統(tǒng)的組成及其協(xié)同作用、纖維素酶的結(jié)構(gòu)與功能以及纖維素酶的生產(chǎn)技術(shù)。將就以上幾個方面的研究進展進行討論，并深入探討了纖維素酶糖化能力的評價方法。

纖維素酶，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)，纖維素酶解

Abstract:Biofuels and bio-based chemicals from lignocellulosic biomass are sustainable, making them alternatives to petroleum-derived fuels and chemicals to address the challenges of the shortage of crude oil supply and climate change resulted from the overconsumption of petroleum-based products, particularly in China.However, high cost in liberating sugars from lignocellulosic biomass is still the bottleneck of the commercialization of biofuels and bio-based chemicals.In this article, the major components of cellulases and their synergistic role in the hydrolysis of pre-treated biomass is reviewed, followed by how to evaluate the enzymatic hydrolysis.With the elucidation of the underlying mechanism of the conformations of the enzyme molecules and their effectiveness in attacking cellulose substrate, more efficient enzymes are expected to be developed.Using the high production strainPenicillium decumbens, the on-site production of cellulases for cellulose ethanol production is discussed.

Keywords:cellulases, lignocellulosic biomass, cellulolytic enzymes

進入21世紀以來，人類在能源、資源、環(huán)境等方面面臨著越來越嚴峻的挑戰(zhàn)。中國的問題特別突出：一方面，中國的石油對外依存度已經(jīng)過半，大部分石油消費要靠進口，國家的能源安全和經(jīng)濟安全無法得到保證；同時，大量使用礦石燃料又嚴重污染環(huán)境，中國已經(jīng)成為最大的溫室氣體排放國之一，面臨國際上巨大的減排壓力。尋找替代石油的可再生資源已成為緊迫任務。生物質(zhì)資源是可以大量再生的，其利用過程中產(chǎn)生的 CO2又會被植物吸收，形成碳封閉循環(huán)，不會影響環(huán)境。隨著石油資源的日益短缺，利用工業(yè)生物技術(shù)將生物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為液體燃料和化工產(chǎn)品，經(jīng)過充分利用后再排放，將形成新的封閉循環(huán)，實現(xiàn)人類社會的持續(xù)發(fā)展。因而，化學工業(yè)已經(jīng)開始逐步形成由石油資源向生物質(zhì)資源的歷史性、革命性轉(zhuǎn)變。

目前的生物燃料和大宗生物化學品主要是由淀粉、糖和油脂來生產(chǎn)的，從而存在“與人爭糧、與糧爭地”的問題，因而備受爭議。中國人口多、土地和水資源有限，保障糧食安全始終是國家的首要任務，必須發(fā)展以非糧原料，特別是以植物生物質(zhì)主體(細胞壁)的木質(zhì)纖維素部分來進行生物產(chǎn)品生產(chǎn)。木質(zhì)纖維素的 3類主要組分的單體是各種糖和芳香族化合物，都可望用來生產(chǎn)液體燃料和化工產(chǎn)品。因而，生物化工產(chǎn)業(yè)的原料也面臨實現(xiàn)由糧油原料向纖維素原料的歷史性、革命性轉(zhuǎn)變。

美國政府通過立法形式為自己規(guī)定了必須實現(xiàn)的目標：2022年要生產(chǎn)360億加侖可再生燃料，其中約半數(shù)要靠纖維素乙醇；2030年要用可再生燃料來替代30%的液體石化燃料。為實現(xiàn)上述目標，美國政府加大了相應的投資力度：2007年宣布投資10余億美元，包括：投入3.75億美元同時建立3個生物能源研究中心，吸引一流大學和研究機構(gòu)參與相關(guān)的基礎(chǔ)研究，同時，投資3.85億美元，吸引企業(yè)1∶2匹配，總投資12億美元，用于6個萬噸級以上的纖維素生物煉制廠建設(shè)。2009年以來，盡管美國面臨嚴重的經(jīng)濟危機，新任能源部長朱棣文仍宣布從經(jīng)濟復蘇計劃中追加近 8億美元用于先進生物燃料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，希望利用發(fā)展新能源來保住自己的超級大國地位。

在美國政府的大力支持下，相關(guān)技術(shù)已取得很大進展。在很低用酶量(15 FPA IU/g 葡聚糖)前提下，纖維素和半纖維素的得糖率均可＞90%。每加侖纖維素乙醇的成本也已從2001年的大于5美元/加侖，降到了目前的約2美元/加侖，接近了實用要求。其中最為顯著的是提高了酶解效率，使單位乙醇產(chǎn)品用酶的成本已降到約0.2美元/加侖。

我國的作物秸稈并未得到有效利用，在收獲季節(jié)常常就地焚燒，造成嚴重的環(huán)境污染，成為一大社會公害，急需尋找新的高效利用途徑。而解決該問題最有前景的方案之一正是降解秸稈轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，再通過發(fā)酵生產(chǎn)人類所急需的液體燃料及化工產(chǎn)品[1-2]。

從秸稈等木質(zhì)纖維素提煉乙醇等化工產(chǎn)品，首先必須采用酸或酶水解法將木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性單糖。酸水解法的產(chǎn)糖率往往低于60%，且酸水解過程中會產(chǎn)生大量的發(fā)酵抑制物，加上設(shè)備投資較高和環(huán)境負擔過大等問題，所以難以大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。同酸法水解工藝相比，酶法水解具有反應條件溫和、環(huán)境友好、產(chǎn)物專一、糖得率高(轉(zhuǎn)化率＞90%)和設(shè)備投資低等優(yōu)點，所以成為世界各國重點研發(fā)的熱點之一。酶水解法首先要采用有效的物理化學預處理打破由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等高分子相互結(jié)合形成的天然屏障，然后利用纖維素酶將預處理后的木質(zhì)纖維素降解成可發(fā)酵性單糖。國內(nèi)已先后建成了多套纖維素生物轉(zhuǎn)化試驗裝置，但由于技術(shù)積累不夠，生產(chǎn)成本過高(每噸乙醇的生產(chǎn)成本7 000元以上)，無法真正實現(xiàn)工業(yè)化。造成木質(zhì)纖維素降解成本過高的主要技術(shù)瓶頸是水解過程的纖維素酶用量較高，酶解效率有待改進[3]。

為了減少生產(chǎn)中的纖維素酶用量并提高酶水解效率，降低工業(yè)生產(chǎn)中纖維素酶的成本，世界各國科學家圍繞纖維素酶和木質(zhì)纖維素的生物降解轉(zhuǎn)化展開了廣泛的研究。本文著重介紹以下幾個方面的研究進展以及有待解決的問題：

1 纖維素酶系統(tǒng)的組成及其協(xié)同作用

纖維素酶是一大類復雜酶系的總稱。纖維素降解酶按照其催化功能可分為 3大類：外切-β-1,4-葡聚糖酶(exo-β-1,4-glucanases，EC 3.2.1.91)，又稱為纖維二糖水解酶(Cellobiohydrolases)，簡稱為外切酶(CBH)；內(nèi) 切 -β-1,4-葡 聚 糖 酶 (endo-β-1,4-glucanases， EC 3.2.1.4)，簡稱為內(nèi)切酶(EG)；β-葡萄糖苷酶(β-1,4-glucosidases，EC 3.2.1.21)。長期的研究表明，結(jié)晶纖維素的徹底降解至少需要這3組纖維素酶的協(xié)同作用：外切酶(纖維二糖水解酶)可以水解纖維素結(jié)晶區(qū)，(CBH I)從纖維素鏈的還原端或(CBH II)非還原端開始持續(xù)水解，釋放纖維二糖；內(nèi)切葡聚糖主要作用于纖維素的非結(jié)晶區(qū)，隨機水解纖維素鏈中的糖苷鍵，把纖維素長鏈切斷，轉(zhuǎn)化成為大量不同聚合度的纖維素短鏈，使得纖維素分子的聚合度降低，可供外切酶作用的纖維素鏈末端數(shù)增加；β-葡萄糖苷酶則主要水解纖維二糖和可溶性纖維寡糖，最終將纖維素轉(zhuǎn)化為可利用的葡萄糖[4]。由于天然纖維素材料的組成和結(jié)構(gòu)不同，其降解所需的纖維素酶不同組分之間，以及纖維素酶與其他降解酶活力的最適比例也就各不相同，還難以給出統(tǒng)一的標準。

事實上，工業(yè)用的纖維素酶制劑中還含有許多半纖維素酶，包括木聚糖酶、木糖苷酶、甘露聚糖酶、甘露糖苷酶、阿拉伯糖苷酶、阿魏酸酯酶、淀粉酶和蛋白酶等。纖維素酶制劑可以分離純化出幾十種蛋白，多半都與纖維素降解有關(guān)。單一的酶系組分不能獨立完成對天然木質(zhì)纖維素底物的最終降解，把天然木質(zhì)纖維素底物降解為葡萄糖等單糖，必須在幾類纖維素酶系組分的共同作用下才能完成。在此理論基礎(chǔ)上，通過大量的實驗驗證，研究者們提出了通過對纖維素酶酶系組分的重建構(gòu)以優(yōu)化降解酶系，提高對纖維素底物的降解效率、降低酶用量的策略[4]。纖維素酶酶系組分的重建構(gòu)是指在對幾種不同來源、不同類型纖維素酶系特征充分了解的基礎(chǔ)上，通過將各種組分按不同比例混和，調(diào)整酶解條件，以達到對底物有最佳的降解效果的目的。大量的研究證明，瑞氏木霉生產(chǎn)的纖維素酶雖然含有大量的外切葡聚糖酶，但是其酶系中的β-葡萄糖苷酶的活性太低，從而抑制了它的內(nèi)切和外切酶的活性，降低了纖維素的轉(zhuǎn)化率和水解速度。實驗證明，在瑞氏木霉纖維素酶中添加適量的β-葡萄糖苷酶可以大大提高纖維素酶降解纖維素的效率和速度，提高葡萄糖轉(zhuǎn)化率[3]。

另一方面，天然木質(zhì)纖維素中存在的半纖維素對于纖維素的降解效率也有著重要的影響。有數(shù)據(jù)證明在纖維素酶水解過程中，高濃度的木聚寡糖會抑制纖維素酶的活性。而增加酶系中木聚糖酶和木糖苷酶的比例可以減少這種抑制，提高纖維素轉(zhuǎn)化率[5]。陳洪章等報道了阿魏酸酯酶的添加可以打破汽爆處理后稻稈的半纖維素和木質(zhì)素之間的部分酯鍵，提高了稻稈中纖維素和半纖維素的水解速度[6]。這些結(jié)果說明了在天然木質(zhì)纖維素的降解過程中，半纖維素酶和纖維素酶之間發(fā)生了協(xié)同效應，促進了纖維素和半纖維素的轉(zhuǎn)化率。

近年來，諾維信公司的科學家發(fā)現(xiàn)在瑞氏木霉纖維素酶中添加少量的 GH61家族的糖苷酶可以有效地提高玉米秸稈的水解效率。進一步實驗證明，加入占總酶量不到 5%的 GH61蛋白可以使水解作用所需纖維素酶用量減少到原來的1/2。在更長的酶解時間、更高的水解程度以及更多的固體纖維素加量的情況下，添加 GH61蛋白使所需要的纖維素酶蛋白用量減少這一現(xiàn)象變得更加明顯[7]。

纖維素酶和某些其他蛋白的協(xié)同作用也受到了國內(nèi)外學術(shù)研究的關(guān)注。雖然其機理尚不十分明確，但已經(jīng)取得的成果表明，可能存在 2種機制。一種是某些蛋白的添加增加了纖維素酶對纖維素的“可及性”，即增加了纖維素酶和基質(zhì)反應的幾率；另一種是某些蛋白提高了纖維素酶的穩(wěn)定性，減少了纖維素酶的失活。纖維素酶和其他蛋白協(xié)同作用的機理研究可以為減少纖維素酶用量、提高木質(zhì)纖維素酶解效率、改良纖維素酶性能提供重要的理論依據(jù)，所以需要進行更深入、更細致地研究。

2 纖維素酶糖化能力的評價

纖維素酶活力有多種表示方法。酶制劑公司常用以高聚合度的纖維素衍生物——羧甲基纖維素(CMC)為底物來測定纖維素酶中的內(nèi)切葡聚糖酶活力。其方法是將羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)溶液與酶液混勻，50℃下反應 30 min，然后用DNS法測定還原糖的生成量，并以每分鐘水解底物產(chǎn)生1 μmol還原糖所需的酶量定義為1個活力單位(IU)。

但是在纖維素降解過程中，纖維素酶中的內(nèi)切葡聚糖酶活力并不能真實反映纖維素降解效率。所以，目前國際上最通用的方法是以Whatman 1號濾紙作為底物，測定能反映多組分纖維素酶的協(xié)同作用的濾紙酶活力(Filter paper assay，F(xiàn)PA)。該方法的優(yōu)點有：1)該方法底物通用易得；2)底物具有合適的纖維素酶解感受性；3)該方法程序相對簡單，不需要去除剩余底物。但由于濾紙本身結(jié)構(gòu)并不單一，分為難水解的結(jié)晶區(qū)和易水解的非結(jié)晶區(qū)，所以其水解過程曲線并非線性。經(jīng)國際純粹與應用化學聯(lián)合會(International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC)確立并公布的方法，要求 1 h內(nèi)從50 mg濾紙樣品上水解出2 mg葡萄糖(約4%濾紙被水解)，以保證纖維素的無定形區(qū)與結(jié)晶區(qū)都發(fā)生一定程度的水解，從而更準確地反映酶的組成和含量。為滿足這一要求，在水解之前必須反復調(diào)整纖維素酶濃度，以恰好達到該水解比率，因此增加了測定的程序和難度。

值得注意的是，如前所述，纖維素酶系中的 β-葡萄糖苷酶酶活力對木質(zhì)纖維素的降解速度有著很大的影響，所以了解纖維素酶系中的 β-葡萄糖苷酶酶活力也很重要。其酶活力的測定方法一般以具有各種發(fā)色或者熒光基團的 β-葡萄糖苷衍生物(如：pNPG)為底物，以每分鐘水解底物產(chǎn)生1 μmol還原糖或發(fā)色基團所需的酶量定義為 1個活力單位(IU)。同時，由于內(nèi)切酶和外切酶都不能水解纖維二糖，β-葡萄糖苷酶的活力也可以通過水解纖維二糖來測定。由于 β-葡萄糖苷酶酶活與濾紙酶活的比率對纖維素降解速率和程度影響很大，該比率成為纖維素酶制劑質(zhì)量的重要指標。通常，該比率應該大于1。

在實際應用中，人們依然習慣通過濾紙酶活力與CMC酶活力表征纖維素酶制劑的糖化能力，但是大量的實驗證明 CMC或濾紙酶活力單位很難準確反映纖維素酶對于天然木質(zhì)纖維素底物的糖化能力。這是因為木質(zhì)纖維素底物本身和纖維素降解酶都是很復雜的體系，而濾紙與CMC酶活力等酶活單位都是基于纖維素酶與單一較純底物反應的數(shù)據(jù)計算出來的。另一方面，不同底物(含不同預處理方法和程度)需要不同的降解酶系組成。采用不同的天然底物得到的纖維素酶糖化能力的結(jié)果，也就很難準確地相互比較。因此，美國能源部在最近提出的纖維素酶開發(fā)計劃中，已經(jīng)明確指出要針對一種明確的樣品(指定稀酸處理方法處理后的玉米秸稈)，按照指定方法進行不同纖維素酶糖化能力的比較。為了促進我國纖維素酶和纖維素生物煉制產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建議中國也應該制定出一套適合我國國情的、以指定預處理后的天然木質(zhì)纖維素為底物的纖維素酶通用評價方法。

3 纖維素酶的結(jié)構(gòu)與功能

隨著各種測試手段以及分子生物學的進步，科學家可以深入探討纖維素酶各個酶組分的結(jié)構(gòu)與功能。其中，由于結(jié)晶纖維素的解聚或解鏈可能是纖維素酶解過程的限速反應步驟，所以外切酶(CBH)，特別是CBH I是研究的熱點之一。

經(jīng)過多年的研究，已知纖維二糖水解酶具有 2個獨立的活性結(jié)構(gòu)域：1個具有催化功能的結(jié)構(gòu)域(Catalytic domain，CD)，和1個具有結(jié)合纖維素功能的結(jié)構(gòu)域(Cellulose binding domain，CBD，或者稱Carbohydrate binding module，CBM)，兩者之間由一段高度糖基化的連接肽(Linker)相連。大量的研究證明，CBH之所以能夠有效地降解結(jié)晶纖維素，產(chǎn)生纖維二糖，首先是利用CBD把CBH吸附在結(jié)晶纖維素表面，然后單根葡聚糖鏈(纖維素)快速準確地進入CD中帶底物結(jié)合和催化部位的“隧道”，纖維二糖被準確地從葡聚糖鏈上切割下來并被釋放出來的同時，CBH分子沿著葡聚糖鏈向前滑動2個葡萄糖單位[8]。山東大學王祿山等的研究還表明，CBD 雖然不具備對纖維素的水解活力，但具有疏解結(jié)晶纖維素結(jié)構(gòu)的能力[9]。2009年，日本東京大學副教授五十嵐圭日子博士首次將 CBH降解結(jié)晶纖維素的動態(tài)過程用高速原子力顯微鏡直接拍攝下來并進行細致地觀察，發(fā)現(xiàn)失去CBD的CBH I分子的持續(xù)降解速度和完整的CBH I分子相比并沒有很大的差別。并證明，CBH I分子的滑動是伴隨著活性中心的酶水解反應同時進行的，而CBD則利用吸附作用增大了酶分子在底物上的濃度[10]。雖然大量的研究成果使我們對纖維素酶的作用機制有了更深入的了解，但是纖維素酶在底物上持續(xù)性運動，并打斷分子鏈間氫鍵的動力來源仍然是一個謎。而這個謎底的揭示將為我們利用分子改造技術(shù)提高酶分子轉(zhuǎn)化效率提供正確的理論指導。因此，CBH這類經(jīng)歷億萬年進化而成的高效“分子機器”的作用機理值得我們進行更深入地研究。

4 纖維素酶生產(chǎn)技術(shù)

雖然纖維素酶和淀粉酶一樣，都有酶制劑商品出售，但是對同樣的乙醇產(chǎn)量，纖維素乙醇生產(chǎn)采用纖維素酶的成本是淀粉乙醇淀粉酶成本的50～200倍。因此，目前從酶制劑公司購買纖維素酶商品酶制劑來用于木質(zhì)纖維素降解產(chǎn)糖，在經(jīng)濟上無法達到商業(yè)化要求。近年來，許多科學家提出了采用現(xiàn)場生產(chǎn)(On-site production)的方式來降低纖維素乙醇生產(chǎn)中纖維素酶成本的辦法，即采用在乙醇工廠中建立纖維素酶車間的方式，先以工廠中預處理之后的一部分木質(zhì)纖維素為原料進行有氧的產(chǎn)酶發(fā)酵，當酶活達到峰值或各種酶組分處于最佳組合時，不經(jīng)任何處理，直接將含酶的粗發(fā)酵液與新的纖維素原料混合，進入水解產(chǎn)糖或同步糖化發(fā)酵的后續(xù)工藝。該工藝的優(yōu)點在于生產(chǎn)出的粗酶液不需要經(jīng)過分離、儲藏和運輸，從而去掉了移除菌絲、濃縮、調(diào)配(添加蛋白質(zhì)保護劑、抗菌劑、穩(wěn)定劑等化學藥品)、儲存、運輸?shù)炔槐匾母甙撼杀?，而將粗酶液直接用于下游工藝。由于產(chǎn)酶發(fā)酵液中的纖維類成分與酶蛋白有一定吸附作用，直接使用粗酶液可避免相應分離造成的損失，有研究表明，未經(jīng)過加工的粗酶液和酶制劑商品相比，有更高的酶水解效率。

纖維素酶現(xiàn)場生產(chǎn)技術(shù)的核心是優(yōu)良的纖維素酶工業(yè)生產(chǎn)菌株。目前，瑞氏木霉是世界上研究和應用最廣泛的纖維素酶工業(yè)微生物。國際兩大酶制劑巨頭——諾維信和杰能科公司從美國能源部獲得了數(shù)千萬美元的資助，在瑞氏木霉的纖維素酶生產(chǎn)研發(fā)領(lǐng)域均取得了突出的研究成果，申請了許多專利保護。我國在該領(lǐng)域的研發(fā)是遠遠落后于國際先進水平的，所以在今后瑞氏木霉的纖維素酶生產(chǎn)研發(fā)過程中，很可能遭遇專利保護的堡壘。

山東大學曲音波等早于 1979年就從腐爛的纖維素樣品中篩選出來一株纖維素酶高產(chǎn)的斜臥青霉Penicillium decumbens菌株，是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的纖維素酶工業(yè)菌株，在國內(nèi)已經(jīng)被廣泛研究和應用了30年。它不僅能分泌比較完整的降解天然木質(zhì)纖維素的酶系，而且較瑞氏木霉能產(chǎn)較多的 β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶。同時青霉的生長速度明顯較木霉快，其纖維素酶在50℃下具有比木霉更好的熱穩(wěn)定性[11]。近年來，斜臥青霉的纖維素酶合成調(diào)控相關(guān)研究取得了一系列的進展[12-13]。它的基因組測序工作也已經(jīng)完成，基因組解析工作正在有序地進行中。研究中發(fā)現(xiàn)，斜臥青霉基因組中含有纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBM1)的降解酶的種類明顯高于曲霉和瑞氏木霉(結(jié)果未發(fā)表)，顯示了該菌酶系光明的應用前景。

經(jīng)過了長期的育種改良和發(fā)酵工藝優(yōu)化，斜臥青霉變異菌株的最高濾紙酶活達到了18.9 FPU/mL，最高纖維素酶生產(chǎn)速率達到了 160.0 FPU/(h·L)(結(jié)果未發(fā)表)。通過使用同步糖化發(fā)酵和補料分批技術(shù)，我們已經(jīng)成功地使纖維素乙醇的斜臥青霉纖維素酶用酶量降低到 6.4 FPU/g 纖維素底物，優(yōu)于前述國外報道的先進水平。乙醇濃度、得率和纖維素轉(zhuǎn)化率分別達到了57.6 g/L、25.0%和76.8%[14]，纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)具備了一定的經(jīng)濟競爭力。

目前，能源和環(huán)境的壓力迫使我國急需將木質(zhì)纖維素降解產(chǎn)糖技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。我們應該以具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)菌株(如斜臥青霉)為核心，借鑒國外成功和失敗的經(jīng)驗，充分考慮中國國情，發(fā)揮原料和人力低成本的優(yōu)勢，研發(fā)出完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的、符合我國國情的木質(zhì)纖維素降解產(chǎn)糖技術(shù)。只有這樣，我國才能在未來的經(jīng)濟發(fā)展中把握主動，促使我國工業(yè)向環(huán)保型工業(yè)轉(zhuǎn)型。

REFERENCES

[1]Qu YB, Zhu MT, Liu K,et al.Studies on cellulosic ethanol production for sustainable supply of liquid fuel in China.Biotechnol J, 2006, 1: 1235?1240.

[2]Fang X, Shen Y, Zhao J,et al.Status and prospect of lignocellulosic bioethanol production in China.Bioresour Technol, 2010, 101(13): 4814?4819.

[3]Himmel ME, Ding SY, Johnson DK,et al.Biomass recalcitrance.Engineering plants and enzymes for biofuels production.Science, 2007, 315: 804?807.

[4]Sanchez C.Lignocellulosic residues: biodegradation and bioconversion by fungi.Biotechnol Adv, 2009, 27:185?194.

[5]Kumar R, Wyman CE.Effect of xylanase supplementation of cellulase on digestion of corn stover solids prepared by leading pretreatment technologies.Bioresour Technol,2009, 100(18): 4203?4213.

[6]Zeng W, Chen HZ.Synergistic effect of feruloyl esterase and cellulase in hydrolyzation of steam-exploded rice straw.Chin J Biotech, 2009, 25(1): 49?54.曾薇, 陳洪章.阿魏酸酯酶和纖維素酶在水解汽爆稻草中的協(xié)同作用.生物工程學報, 2009, 25(1): 49?54.

[7]Harris P, Rey M, Ding H.Methods for enhancing the degradation or conversion of cellulosic material: US,7608689.2009-10-27.

[8]Ossowski1 I, Stahlberg J, Koivula A,et al.Engineering the exo-loop ofTrichoderma reeseicellobiohydrolase,Cel7A.A comparison with phanerochaete chrysosporium Cel7D.J Mol Biol, 2003, 333(4): 817?829.

[9]Wang LS, Zhang YZ, Gao PJ.A novel function for the cellulose binding module of cellobiohydrolase I.Sci China Ser C: Life Sci, 2008, 51(7): 620?629.

[10]Igarashi K, Koivula A, Wada M,et al.High-speed atomic force microscopy visualizes processive movement ofTrichoderma reeseicellobiohydrolase I on crystalline cellulose.J Biol Chem, 2009, 284: 36186?36190.

[11]Cheng YF, Song X, Qin YB,et al.Genome shuffling improves production of cellulase byPenicillium decumbensJU-A10.J Appl Microbiol, 2009, 107(6): 1837?1846.

[12]Sun XY, Liu ZY, Qu YB,et al.The effects of wheat bran composition on the production of biomass-hydrolyzing enzymes byPenicillium decumbens.Appl Biochem Biotechnol, 2008, 146: 119?128.

[13]Sun XY, Liu ZY, Zheng K,et al.The composition of basal and induced cellulase systems inPenicillium decumbensunder induction or repression conditions.Enzyme Microb Tech, 2008, 42: 560?567.

[14]Liu K, Lin X, Yue J,et al.High concentration ethanol production from corncob residues by fed-batch strategy.Bioresour Technol, 2010, 101: 4952?4958.

Progress on cellulase and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass

Xu Fang1,2, Yuqi Qin1,2, Xuezhi Li1,2, Lushan Wang1, Tianhong Wang1, Mingtian Zhu1,2,and Yinbo Qu1,2
1 State Key Laboratory of Microbial Technology, Shandong University, Jinan 250100, China 2 National Glycoengineering Research Center, Shandong University, Jinan 250100, China

Received:May 20, 2010;Accepted:June 23, 2010

Supported by:National High Technology Research and Development Program of China(863 Program)(Nos.2006AA020201, 2007AA05Z455),Independent Innovation Foundation of Shandong University(No.2009DX002).

Corresponding author:Yinbo Qu.Tel: +86-531-88365954; Fax: +86-531-88565234; E-mail: quyinbo@sdu.edu.cn國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863 計劃)(Nos.2006AA020201, 2007AA05Z455)，山東大學自主創(chuàng)新基金(No.2009DX002)資助。