化学工程杂志:纤维素复合酶的开发与应用进展

木质纤维素生物质是地球上最丰富的有机可再生碳源之一，由其制备纤维素基燃料和化学品是生物质转化领域的研究热点之一。通过预处理破坏木质纤维素的抗降解屏障，耦合酶解纤维素组分构建糖平台，是木质纤维素糖基化的主流技术手段，也是制备纤维素乙醇的基础。由于木质纤维素成分和结构的异质性和多样性，其完全降解依赖于各种纤维素酶和辅酶的协同作用。在实际应用中，存在着酶系统组成不全、酶种分布不均匀、酶的特异性和底物匹配性不足等问题。导致木质纤维素酶解效率低，限制了秸秆、杨树等农林废弃物的资源化利用。

为解决上述问题，中国科学院广州能源研究所生物质生化转化实验室以杨树为代表原料，混合选择青霉、粗糙脉孢菌和嗜热子囊菌，通过固态发酵诱导出高活性、多酶的纤维素复合酶系，有效提高了杨树的酶解糖化效率。相关研究成果发表在《化学工程杂志》上。

本研究采用混合设计方法，对4种青霉菌和2株裂解多糖单加氧酶按不同比例混合发酵进行了研究。研究人员利用多菌种间互利共生的协同效应，提高发酵酶产量，协调酶系统比例，改善单一菌种发酵效率低、酶成分不全的缺点。根据纤维素的酶解效率，在青霉菌混合发酵的基础上。添加LPMOs发酵菌株的混合酶液可以显著提高杨木的酶解率。以诺维信纤维素酶为参照，通过对发酵菌株的多种酶活测定和转录组学分析，可以看出混合发酵酶液在多样的糖苷酶(gh家族)、糖基转移酶(GT家族)、多糖裂解酶(PL家族)和糖酯酶(ce家族)方面具有优势，能有效增强半纤维素和纤维素组分的化学键断裂。

为了进一步提高杨木的酶解效率，将上述发酵产生的纤维素酶与Novozyme纤维素酶Cellic CTec 2复合，形成具有定向降解优势的新型复合酶，使杨木的酶解效率提高到88%以上，优于两种酶单独使用的效果。后续研究表明，该团队制备的混合菌和发酵酶液可直接用于秸秆等木质纤维素的降解，强化预处理和水解过程，商用酶替代率达到80%。这一成果有望在饲料加工、纤维素乙醇等领域得到应用。有助于降低农林废弃物生物质转化用酶的成本，促进纤维素在低碳生活中的高值化利用。

本研究得到了国家重点科技攻关项目的资助。d计划和国家。

混合菌发酵生产高活性纤维素的复合酶系