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Poudre de cellulase, un système enzymatique composite dérivé de la fermentation microbienne (comme Trichoderma et Aspergillus), est le terme collectif désignant les biocatalyseurs qui hydrolysent spécifiquement les liaisons glycosidiques -1,4- de la cellulose. Il peut être considéré comme « l’expert en démontage des parois cellulaires végétales ». Son apparence est une poudre fine, gris clair à jaune brunâtre-, contenant le pouvoir synergique de l'endo-glucanase, de l'exo-glucanase et de la -glucosidase, qui peuvent précisément « couper » les macromolécules de cellulose tenaces en oligosaccharides solubles, disaccharides de fructose et glucose. Sa fonction n'est pas un épaississement physique ou une suspension, mais déclenche plutôt une transformation fondamentale de la structure chimique du substrat par catalyse biologique. Dans des conditions douces (température et pH appropriés), il désintègre efficacement la structure rigide de la paroi cellulaire végétale, libérant ainsi les nutriments encapsulés. Cette caractéristique en fait un outil puissant dans l'industrie alimentaire pour augmenter le rendement et la clarté du jus, dans l'industrie brassicole pour favoriser la libération d'amidon et la formation d'arômes, et dans l'industrie alimentaire pour décomposer les facteurs anti--nutritionnels et améliorer considérablement l'efficacité de la digestion. De plus, dans le biopolissage textile, l'extraction de composants efficaces de la médecine traditionnelle chinoise et l'utilisation des ressources des déchets agricoles, cela démontre le grand potentiel de la fabrication biologique verte d'une manière respectueuse de l'environnement. Cette poudre apparemment ordinaire est en réalité une clé verte reliant les ressources de cellulose renouvelables et les processus de transformation biologique à haute valeur ajoutée, et constitue un modèle de biotechnologie renforçant les industries traditionnelles.
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Densité |
1,2 g/mL à 25 degrés C |
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Conditions de stockage |
2-8 degrés C |
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Solubilité eau déminéralisée |
soluble 5,0 mg/mL (stérile ; en présence de 0,15 % de polyhexaméthylène biguanide (PHMB).) |
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Formulaire |
poudre |
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Couleur |
blanc |
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Soluble |
dans l'eau froide |
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Symbole de danger (SGH) |
SGH08 |
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Mots d'avertissement |
Danger |
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Description du danger |
H334 |
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Instructions de précaution |
P261-P342+P311 |
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Panneau de marchandises dangereuses Xn |
XI |
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Code de catégorie de danger |
42 |
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Consignes de sécurité |
22-24-36/37-2-45-23
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WGK Allemagne |
1 |
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N° RTECS |
FJ5375000 |
Procédé de préparation de cellulase, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
(1) Préparation de la souche liquide dans une boîte de culture : la souche inclinée du tube à essai est Trichoderma viride ; Formule du milieu de culture en tube à essai, (NH4) 2SO4 0.2-0.5g, NaNO3 0.1-0.2g, K2HPO40. l-o 15 g, MgSO4 · 7H20 0.05-0.08g, agar 1,0-1,5 g, eau du robinet 99 lOlmL, poids total 102 g ; Les ingrédients sont uniformément mélangés et mis dans des plats de culture. 0. IMI ^ a est stérilisé pendant 30 à 35 minutes en veille ; Inoculation et culture : transférez un anneau de bactéries inclinées en tube à essai dans de l'eau stérile avec l'anneau d'inoculation pour préparer une suspension de spores, inoculez-le dans la boîte de culture, placez-le dans le réservoir 70-7 avec une température constante de 30 degrés C ± 1 degré C et sortez-le pour le stockage ;
(2) Culture of koji in triangular flask: preparation of culture medium, with the formula of 75-85g bran, 15-25g rice bran, (NH4) 2SO4O 25-0. 35g, NaNO3O. 10-0. 15g, MgSO4O. 05-0. 10g, K2HPO4O. 05-0.IOg, water 1480-1520mL, total weight 1600g; Preparation: Mix bran and rice bran evenly, calculate the amount of water, dissolve (NH4) 2S04, NaNO3>MgSO4, K2HPO4 dans l'eau, mélanger le mélange de son et de son de riz, bien mélanger, mettre dans un flacon triangulaire stérilisé, 40 à 50 g de matière humide sont emballés dans chaque flacon triangulaire de 500 ml, 0. IMpa est stérilisé pendant 30 à 35 minutes, refroidissement et veille ; Vaccination et culture ;
(3) Culture de fermentation par aération en couche épaisse solide : formule moyenne : son 70-80g, son de riz 15-20g, carboxyméthylcellulose 0,15-0,2g, (NH4) 2SO4O 05-0. lg,MgSO4O. 05-0. 10g,K2HPO4O. 1-0.15g, eau 1480-1520 ml, poids total 1600 g ; Préparation : dissolvez d'abord la carboxyméthylcellulose, (NH4) 2S04, MgSO4, K2HPO4 dans l'eau, ajustez le pH à 4,5, mélangez le mélange de son de riz, remuez uniformément, stérilisez à 95-100 degrés C pendant 1 h sous pression normale et maintenez le mélange pendant 30 à 40 min ; Vaccination et culture ; La température d'emballage est de 30 à 35 degrés C, l'épaisseur est de 25 à 35 cm et la température du produit est contrôlée à 30-37 degrés C tout au long du processus de culture ; Selon la proportion d'air circulant intérieur et d'air frais dans l'ensemble du processus de culture, l'humidité relative dans la salle de contrôle est de 85 % - 95 % et la durée de culture est de 40 à 50 heures. Une fois sorti de la boîte, il est broyé et séché. L'activité de la cellulase koji est supérieure à 6 000 UI/g de poudre sèche ;
(4) Raffinage et purification : écrasez d'abord le koji de son et faites-le tremper dans 2,5 fois d'eau à 30-35 degrés C- ¾ Après cela, appuyez sur le filtre pour obtenir la solution enzymatique, puis faites tremper à plusieurs reprises le koji de son. Après cela, appuyez sur le filtre pour obtenir la solution enzymatique. Ajustez le pH à 2.9-3. 1 avec 10 à 15 % de HCl et laissez-le reposer à 10 à 20 degrés C pendant 0,4 à 0,6 h. Après cela, centrifugez-le. Prenez le surnageant et ajustez le pH à 4.3-4. 5.. En même temps, refroidissez la solution enzymatique et l'alcool à 5-7 degrés C respectivement ; Versez la solution enzymatique dans l'éthanol et remuez-la uniformément pour maintenir la concentration de la solution enzymatique à 60-65 % en poids. Installez-vous dans le réservoir 1.8-2. Une fois la précipitation terminée, centrifugez-la avec une centrifugeuse pour séparer la précipitation. Une fois la précipitation obtenue, lavez-la 2 à 3 fois avec de l'éthanol à 96 %. Séchez-le à 25-30 degrés C et écrasez-le pour obtenirpoudre de cellulase.
Il existe deux principaux procédés de production de cellulase, à savoir la fermentation solide et la fermentation liquide, qui sont les suivants :
1. Facteurs affectant la production et l’activité des enzymes
De nombreux facteurs affectent la production et l'activité de la cellulase, en plus des espèces bactériennes, notamment la température de culture, le pH, l'humidité, le substrat, la durée de culture, etc. Ces facteurs ne sont pas isolés, mais interconnectés. Zhang Zhongliang et coll. (1997) ont utilisé un modèle uniforme Cl12 (1210) et de la moisissure du bois vert (T. ViriclePers. expr) comme souche pour étudier les effets de cinq facteurs affectant la production de cellulase sur le rendement et l'activité enzymatiques. Ils pensaient qu'un substrat avec une teneur en fibres brutes de 40 %, un pH initial de 7,5, quatre fois plus d'eau et 45 heures de culture à 26-31 degrés pourrait atteindre un rendement enzymatique maximum de 26 mg/g et une activité enzymatique CMC de 20 mg/g · h. Wang Chenghua et coll. (1997) ont également étudié les conditions de production d'enzymes du mutant Trichoderma reesei 91-3 sélectionné. Les résultats ont montré que la souche a été cultivée sur un mélange 7:3 de poudre de paille et de son de blé, avec l'ajout de 4 % de sulfate d'ammonium, 0,4 % de dihydrogénophosphate de potassium et 0,1 % de sulfate de magnésium comme milieu optimal. La température de culture appropriée était de 28 à 32 degrés, la température optimale était de 30 degrés et la quantité d'inoculation optimale était de 4 %. Le pic de fermentation a été atteint après 96 heures. Zhang Linghua et coll. (1998) ont étudié les conditions de fermentation optimales pour la souche productrice de cellulase à haut rendement Wu-932 obtenue par mutagenèse en utilisant Aspergillus niger W-925 comme souche de départ. Les résultats ont montré que les conditions de fermentation optimales étaient un mélange de son de blé et de poudre de paille de riz 1:2 comme milieu de culture, une quantité d'inoculation de 5 %, une longueur moyenne de pulvérisation de paille de riz de 3 à 5 mm, un pH initial de 4 à 5, une température de 28 à 35 degrés et un temps de fermentation de 72 heures.
2. Contrôle des bactéries contaminantes
Il existe une contamination courante des cellulases alimentaires, communément appelées « bactéries à poils blancs ». Après pollution, l’activité enzymatique diminue dans les cas bénins et la fermentation échoue dans les cas graves. Par conséquent, l’étude du contrôle de la pollution due à la fermentation revêt une grande importance. Zhang Linghua et coll. (1998) ont étudié les caractéristiques des colonies, leurs sources, leur croissance et leurs caractéristiques physiologiques, ainsi que les méthodes de contrôle du « champignon aux cheveux blancs », et ont trouvé un Candida J-931 tropical qui est en relation symbiotique avec Trichoderma harzianum Wu-932 et dans une relation d'inhibition compétitive avec le « champignon aux cheveux blancs ». L'utilisation de cette bactérie pour la fermentation mixte permet de contrôler efficacement la contamination des « bactéries aux cheveux blancs ».
1. Applications agricoles
Application dePoudre de cellulaseen production animale et avicole :
Les aliments pour animaux courants tels que les céréales, les haricots, le blé et les sous-produits de transformation contiennent tous une grande quantité de cellulose. À l’exception des ruminants, qui peuvent utiliser une partie du microbiote du rumen, les autres animaux monogastriques comme les porcs et les poulets ne peuvent pas utiliser la cellulose.
2. Aliments pour le bétail
Jiao Pinglin et coll. (1996) ont mené une expérience sur des bovins castrés, en ajoutant 40 g de cellulase par tête et par jour à l'alimentation et en les nourrissant pendant 60 jours. Les résultats ont montré que le groupe ajouté à l'enzyme avait un gain de poids quotidien de 892,78 g, tandis que le groupe témoin avait un gain de poids quotidien de 746,8 g, avec une différence significative (P<0.01). Jiaopinglin conducted an experiment using 30 Holstein cows. The experimental group added 50g of cellulase per cow per day. The results showed that the total milk production of the 15 cows in the experimental group was 2916kg at 68 days, while the total milk production of the 15 cows in the control group was 2689kg at 68 days, with a significant difference (P<0.05).
Fu Liansheng et coll. (1998) ont rapporté que dans des conditions normales de fonctionnement du rumen, après avoir nourri de la cellulase pendant 5 jours, la matière sèche dans les selles des vaches adultes et des vaches reproductrices a diminué de 30 % par rapport à avant l'alimentation. Une semaine plus tard, la teneur en ammoniac dans l'étable fermée a diminué d'environ 70 %, la consommation de fourrage grossier a augmenté de 8 à 10 % et l'urée dans l'urine a diminué de 58,9 %. Les vaches gestantes ont été nourries avec de la cellulase 30 jours avant l'accouchement et aucun problème digestif physiologique n'a été observé après l'accouchement. Le poids fœtal a augmenté de 1,5 à 3 kg sans déformations ni fœtus faibles. La récupération physique des vaches est rapide et le pic de production laitière dure longtemps (jusqu'au quatrième mois de lactation). Zhao Changyou et coll. (1998) ont examiné l'application de la cellulase dans l'alimentation des animaux herbivores, qui a donné des résultats significatifs.
3. Aliments pour poulets
Le régime alimentaire des poulets de chair est généralement riche en farine de poisson, en maïs et en farine de soja. Afin de réduire l’utilisation de ces matières premières conventionnelles et d’adopter largement des matières premières bon marché, Qin Jiangfan et al. (1996) ont augmenté la proportion de son de blé riche en fibres dans l'alimentation des poulets de chair et ont mené des expériences en ajoutant des préparations de cellulase à 0, 0,05 % et 0,1 %. Les résultats ont montré que le groupe additionné de 0,1 % de cellulase a augmenté le gain de poids quotidien de 4,31 %, 4,54 % et 4,13 % respectivement par rapport au groupe témoin à trois stades de croissance de 1-2, 3-6 et 7-8, et que le taux d'alimentation a diminué de 1,56 %, 4,50 % et 4,3 % respectivement. Xu Qiyou (1998) a ajouté 0,1 %, 0,15 % et 0,5 % de cellulase au régime alimentaire des poules pondeuses. Les résultats ont montré qu'au cours de la période de ponte de janvier à octobre, le taux de production d'œufs a augmenté respectivement de 0,53 %, 1,25 % et 2,88 %. Le taux de cassure des œufs a diminué de 34,49 % et 16,19 % dans les groupes aux niveaux d'enzymes de 0,15 % et 0,5 %, et la résistance de la coquille a augmenté de 14,71 % et 8,41 %, respectivement.
4. Aliments pour porcs
Selon Yin Qingqiang et al. (1992), l’ajout de 0,6 % et 1,2 % d’enzymes complexes cellulosiques au régime de base a entraîné une augmentation de 16,84 % et 21,86 % du gain de poids chez les porcs en croissance et en engraissement par rapport au groupe témoin, respectivement. Wank et coll. (1993) ont rapporté que l'ajout dePoudre de cellulasea augmenté la digestibilité des fibres de détergent neutre de 30,3 % à 34,1 %, la digestibilité des fibres de détergent acide de 68,8 % à 73,9 % et la digestibilité de l'énergie de 69,3 % à 71,8 %.
classification
1. Par composition et fonction
Les cellulases peuvent être divisées en endo-1,4- - D-glucane hydrolase ou endo-1,4- - D-glucanase (EC 3.2.1.4), EG de champignons, Cen de bactéries, exo-1,4- - D-glucanase (EC 3.2.2.1.91), CBH de champignons, Cex de bactéries et BG en fonction de leurs fonctions de réaction catalytique. L'endo-1,4-glucanase clive de manière aléatoire les régions amorphes à l'intérieur des chaînes de polysaccharides cellulosiques. Générez des oligosaccharides de différentes longueurs et de nouvelles extrémités de chaîne. L'exoglucanase agit sur les extrémités de ces chaînes de polysaccharides cellulosiques réductrices et non réductrices, libérant du glucose ou cellobiose. - glucosidase hydrolyse les disaccharides cellulosiques pour produire deux molécules de glucose. Les cellulases fongiques ont une production et une activité élevées et sont principalement utilisées dans l'élevage et la production d'aliments à partir de sources fongiques.
2. Selon le mécanisme de dégradation
La principale différence entre la réaction cellulase et la réaction enzymatique générale est que la cellulase est un système enzymatique à plusieurs -composants et que la structure du substrat est extrêmement complexe. En raison de l'insolubilité du substrat, l'adsorption de la cellulase remplace le processus de formation de complexes ES entre l'enzyme et le substrat. La cellulase s'adsorbe d'abord spécifiquement sur la cellulose du substrat, puis décompose la cellulose en glucose grâce à l'action synergique de plusieurs composants.
En 1950, Reese et coll. a proposé l'hypothèse C1 Cx, qui suggère que différentes enzymes doivent travailler ensemble pour hydrolyser complètement la cellulose en glucose. On pense généralement que l'effet synergique est que l'enzyme C1 attaque d'abord la région amorphe de la cellulose, formant une nouvelle extrémité libre requise pour la Cx, puis l'enzyme CX clive l'unité disaccharide fibreuse de l'extrémité réductrice ou non réductrice de la chaîne polysaccharidique. Enfin, la - glucosidase hydrolyse le disaccharide fibreux en deux unités glucose. Cependant, l'ordre synergique de la cellulase n'est pas absolu et des études ultérieures ont montré que la C1 Cx et la - glucosidase doivent coexister pour hydrolyser la cellulose naturelle. Si l'enzyme C1 est utilisée d'abord pour cristalliser la cellulose, puis l'enzyme C1 est éliminée et l'enzyme Cx est ajoutée, cette séquence d'action ne peut pas hydrolyser la cellulose cristalline.Poudre de cellulase.
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