[纤维素酶在部分农作物废料处理方面的应用] 农作物对环境的适应体现在哪些方面
摘 要： 纤维素酶作为一种高活性新型生物酶类，它的生产及应用一直受到学术界的关注，而它的农产品废料方面的应用也一直研究者探索的一个方面。
本文通过对相关研究成果的部分整理对纤维素酶在这方面应用情况进行了一定的总结。
� 关键词： 纤维素酶；农作物废料；发酵；应用 �� 纤维素酶是一种高活性的生物催化剂，具有广泛的应用价值，主要应用于饲料，纺织，酿酒，食品，生物工程等领域[1]。
我国在上世纪60年代就开始了纤维素酶在饲料及制糖等方面的研究。
我国是个农业大国，在我国的土地上种植有多种农作物，每年产生大量的农作物废料，其中玉米秸秆，甘薯渣，甜菜渣，蔗渣等农作物废料含有丰富的纤维素，但是这些农作物废料的传统处理方法主要采用就地掩埋，焚烧等方式，对于环境具有一定的污染作用，而且也存在着极大的浪费。
所以如果在这些农作物废料的处理中能够采用纤维素酶进行生物发酵，将这些废料进行二次利用变废为宝，那么在提高农产品利用率，降低发展能耗，建设环境友好型社会等方面将具有重大的意义。
笔者通过查阅相关文献，对目前纤维素酶在农作物废料应用方面的相关研究进行了适当的归纳。
� 1.纤维素酶在玉米秸秆处理应用上的研究 �玉米秸秆是含有大量纤维素的农作物废料，收割晒干的玉米秸秆的组分主要为纤维素，半纤维素，木素等。
玉米秸秆目前的主要应用时经处理后作为青贮饲料以及发酵处理后制造工业乙醇。
纤维素酶在玉米秸秆主要适用于秸秆粉碎后的第一步水解的处理上。
有研究证明，在相同条件下经过稀酸处理或者蒸汽爆破预处理的玉米秸秆的水解效果比未经预处理的玉米秸秆的水解效果有大幅提升，酶解率由6.5%提升到90%以上。
而滤纸酶活相差66.5倍的两种纤维素酶在实际水解时达到相同效果所用的量相差10倍[2]，所以纤维素酶处理玉米秸秆的实际效果和玉米秸秆的与处理情况及酶组成有密接的关系的，酶制剂的量也影响着玉米秸秆水解的速度，但是在水解一定时间后随着葡萄糖浓度的升高，由于葡萄糖浓度的反馈调节作用，酶制剂的量对水解速率的影像效果逐渐趋小，所以，如何协调酶活与酶用量，酶用量与水解时间之间的关系，如何综合成本以及其他因素达到最好的处理效果，在今后一段时间内依然是玉米秸秆纤维素酶水解相关研究的主要方向和焦点。
� 2.纤维素酶在玉米芯发酵制乙醇上的应用 �玉米芯是玉米种植所天然带有的农业废料，主要成分组成为糖54.5%、粗蛋白质2.2%、粗脂肪0.4%、粗纤维29.7%、矿物质1.2%[3]，由此可见，玉米芯虽然为废料但是依然含有很多的可利用成分。
将玉米芯预处理后，进行纤维素酶水解，进而通过不同工艺方法进行酒精发酵可得到的酒精产率为4.17%~7.54%[4]。
在玉米芯的酒精发酵过程中影响其产率的主要因素有玉米芯的预处理情况，纤维素酶系的情况，玉米芯水解时的工艺选择以及葡萄糖转化酒精时的酵母菌选择。
目前经研究所得到的最佳预处理方案为1.0 % H2SO4、预处理时间1 h、料液比1∶12[5]，通过这种与处理方法玉米芯能够得到最佳的预处理效果。
而在纤维素酶系的选择上，要根据不同的纤维素酶系进行适当的调整，如在使用里氏木霉纤维素酶系是要注意适当补充纤维素二糖酶以弥补里氏木霉纤维素酶系在纤维素二糖水解方面的不足。
在玉米芯的水解过程中的工艺选择上，有研究证明分批补料的酶解工艺能够使200g/L的底物水平在发酵60h后还原糖质量浓度达到116.3g/L，酶解得率达到80.1%[6]，有效的提高了玉米芯制乙醇的生产效率。
而如果在纤维素酶水解的后续处理上采用耐高温的酿酒酵母，则能够使酶解液中的葡萄糖迅速发酵生成乙醇。
所以综合来看，如何将玉米芯的纤维素酶解法制乙醇进行工艺优化和推广应用将是一段时期内该领域研究的方向和重点。
� 3.纤维素酶在薯渣处理方面的应用 �薯渣的特点是含有较多的淀粉与纤维素，半纤维素以及木素等，传统的处理方式主要是作为养殖饲料或者酿造薯渣酒，而采用酶制剂来处理则可以增加薯渣的利用价值，在处理的过程中应根据薯渣的组成特点，注意前后工序之间的联系，从而选择最优化的加工工序。
薯渣处理的研究目前主要是在薯渣的微波预处理和生料处理工艺等方面，有研究证明，薯渣在预处理阶段采用微波处理，在纤维素酶用量35UI/g底物，热带假丝酵母与酿酒酵母接种比1：1.酵母接种量0.75%，时可以将乙醇产率提升20%，能耗降低15%[7]，而在薯渣处理时采用生料处理工艺则减少了蒸煮环节，减少劳动强度50%，降低能耗30%[8]这两种工艺改进具有很高的推广价值。
而在酶制剂的选择上，真菌酶制剂的酶的种类比较全面，对于薯渣这种成分的废料来说比较适合。
� 4.纤维素酶在制糖工业废料处理上的应用 �目前我国制糖工业主要采用的是甘蔗制糖与甜菜制糖两种。
这两种方式制糖所产生的废料都含有丰富的纤维素成分，而纤维素酶在这两种废料的处理中应用也十分广泛。
蔗渣纤维在结构上是纤维素被半纤维素和木素包裹，所以蔗渣在纤维素酶处理之前需要先经过蒸煮和漂白的预处理，才能使水解达到一个比较高的水平，在使用纤维素酶处理时采用反应时间44h，PH值4.5,反应温度55摄氏度，酶用量0.23g[9]的工艺条件能够达到最好的水解效果，由于里氏木霉纤维素酶系含有纤维素酶，半纤维素酶等多种相关酶类，所以笔者认为采用这种酶的效果将会更好。
�甜菜渣的主要成分是纤维素，经纤维素酶处理的甜菜渣中粗蛋白的含量得到大幅的提升，在酿酒酵母B188和产朊假丝酵母B204双菌1：1混合的条件下，采用酶量25u/g，温度50摄氏度，时间16h，的预处理条件和两种菌种1：1混合，温度30摄氏度，20%接种量，55h发酵时间的发酵工艺能够使甜菜渣中粗蛋白的含量提升14%[10]，在高蛋白饲料的生产中拥有很高的应用价值。
� 5.纤维素酶在其他农作物废料处理的应用 �纤维素酶还在高节竹笋废料处理，苹果渣处理，中药残渣处理等方面可以发挥一定的作用。
�高节竹笋废料中含有大量的纤维素，半纤维素和木素，其结构和玉米秸秆类似，纤维素被半纤维素及木素包裹，所以在高节竹笋废料处理时应进行适当预处理，经稀硫酸预处理过的高节竹笋废料在酶用量6IU/g时，酶解得率超过70%，而将酶用量提升至12IU/g时，酶解得率更是高达80%[11]，所以预处理是高节竹笋废料处理的关键。
�苹果渣中纤维素与果胶含量较多，所以苹果渣在经过蒸煮预处理，果胶酶处理以及纤维素酶处理三种工艺之后能得到较高的酒精产品。
文献表明，在常压蒸煮30min，果胶酶解2.5h，温度45摄氏度，ph3.6，酶添加量0.2%；纤维素酶添加量0.6%的工艺条件下得到酒精产率达到302.5ml/kg干渣[12]，拥有很高的开发价值。
�中药残渣中含有丰富的粗纤维，粗蛋白，粗脂肪，淀粉，等成分，而大部分生产企业在提取中药有效成分后会将残渣当作垃圾扔掉，这是很大的浪费。
如果采用酶制剂进行处理对于中药行业来说具有重要的意义。
中药丹皮在提取丹皮酚后所剩的残渣可以通过接种绿色木霉菌产生纤维素酶，进而使自身糖化，这种发酵的最优工艺为丹皮渣 ：麸皮为2.5：2.5，(NH)2SO添加量为3％， 固液比为1：1.2，接种量为20％，发酵温度30~C，发酵 周期12d[13]。
通过这种方式来处理丹皮渣糖化率达到最优水平。