文 献 综 述

摘要：纤维素是一种常见的碳水化合物,作为再生的资源，存有量十分巨大。全球在工农业生产中每年可制造数千万吨的农作物的秸秆和纤维素废弃物，然而这些资源却无法得到有效利用。纤维素很少一部分用来加工农业饲料，绝大多数被焚烧或废弃。造成环境污染以及资源的浪费。随着化石能源的枯竭，纤维素这一资源越来越受到人们关注。所以如何更好的利用这一资源成为人们研究的重要课题。因其耗能少，无污染，利用微生物对纤维素进行降解是当今主流的研究方向。而获得一株能够高效地降解纤维素的菌又成为关键环节。

1.1纤维素资源：

随着人口急剧增长以及化石能源的枯竭，能源问题已经上升到影响国家稳定的重要位置。所以可再生能源的良好利用十分关键^[1]。化石能源作为一次性资源，不能重复利用，需要相当长的时间生成。纤维素作为一种可再生资源，无处不在、数量惊人，自然界中随处可见。作为植物细胞的主要组成部分，所有植物都有它的存在。并且植物在无时无刻的生长繁衍,纤维素便成为十分重要的资源^[2]。

纤维素具有极其简单的化学结构,是一种由β-D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键相互连接而成的聚合度很大的线型高分子化合物(一般具有4000-8000个葡萄糖分子,分子量达200-20OOKDa)。纤维素的结晶性区域是指在纤维素的连续结构中分子密度比较大的地方, 有较好的定向性,分子呈平行排列。相反，在纤维素的无定形区域，分子密度较小, 分子间空隙较大,结合程度较弱,定向性较差。纤维素分子聚合的时候,在晶格空间中有14个分子离开原来位置，无间隙地配位形成稳定的氢键。纤维素中几乎所有羟基和其它含氧基团,都同分子内或相邻分子上的含氧基团之间, 按照葡萄糖β-1,4-键连接方式，形成分子内和分子链之间的氢键。纤维素聚合物是由大量纤维素分子通过这些氢键共同组成结晶结构,进而组成复杂的微纤维、基元纤维、无定型区和结晶区等超分子结构形成的。纤维素酶分子很难进入纤维素的特殊结构，靠近纤维素分子内的糖苷键以进行有效的反应。植物细胞中的纤维素分子可以聚集成纤维丝,被包裹在木质素和半纤维素里,形成网状结构^[3]。纤维素资源之所以难以被充分利用，就是由于木质素形成的保护层以及纤维素分子本身的致密结构使得纤维素不容易降解。大多数微生物难以直接将纤维素作为碳源物质而转化利用。但只要能将其降解成小分子物质,纤维素就会成为一种潜在数量惊人的、有广阔应用前景的资源。

1.2 纤维素的化学性质：

纤维素的化学性质比较稳定, 在水性溶剂如纯水、稀酸与稀碱中极难溶解,也不溶于一般的有机溶剂,但有很强的亲水性,可被水溶胀。纤维素仅能溶于一些特殊的试剂,如氢氧化铜的氨溶液[Cu(NH3)4」(OH)2、季胺碱[(CZHS)4N〕OH、铜乙二胺碱〔CuenZ(OH)2」、二硫化碳和氯化锌的盐酸溶液等。多种人造纤维的原料可以用这些试剂处理得到^[4] 。纤维素在一定条件下可以降解（被氧化、被酸碱和酶水解、被微生物降解等）或发生与经基有关的衍生化反应（醋化、醚化、亲核取代、接枝共聚和交联等化学反应）。

纤维素分子中与水解反应密切相关的结构是一种缩醛键,β-1、4糖昔键。它对酸敏感,可以在适当的氢离子浓度、温度和时间条件下断裂，使得聚合度下降、还原能力提高,发生酸水解反应。纤维素酶也可以水解纤维素。引入拨基或梭基可使分子链的功能基改变，进而氧化纤维素，这是因为纤维素分子的末端存在潜醛基,而失水葡萄糖单元上有三个轻基,具有多元醇的结构。其氧化方式有选择性氧化和非选择性氧化,一些试剂可使纤维素在特定位置、以特定形式发生选择性氧化。而大多数氧化是非选择性的,在不同的位置引入拨基或梭基引发分子链的断裂。纤维素中每一个葡萄糖残基含有3个自由经基(CZ,C3,C6),与酸反应可生成醋，也可发生醚化、亲核取代、接枝共聚和交联等化学反应。将纤维素加到浓硝酸和浓硫酸的消化剂中,精确控制所用酸的浓度和消化时间,可将其中3个经基逐步醋化。纤维素中的这些自由经基也可发生亲核取代、接枝共聚、醚化和交联等化学反应。

1.3纤维素的降解

纤维素作为宝贵的可再生资源，其降解不仅在自然界碳循环中起到重要作用 ，而且在生产菌体蛋白、生物燃料、食品、饲料等很多方面都具有潜在应用价值。目前对纤维素的处理方法主要有生物降解和化学处理两大类，其中最经济、最有效的处理方式是利用微生物降解。