随着能源危机加重和粮食价格上涨,近几年非粮燃料乙醇研发与生产日益受到重视,制约非粮燃料乙醇工业化生产的纤维素酶成本问题,一直是研发的热点和难点。本文以蒸汽爆破胡枝子为特定底物,从产纤维素酶的四种木霉属菌株入手,分别研究了培养方式、培养基组成以及诱变条件等对菌株生产纤维素酶的影响；以不同纤维素底物诱导生产纤维素酶,研究了特异性底物酶解的糖化率及底物残渣的结构变化,并通过比较不同后处理特定底物酶解液中的蛋白浓度、滤纸酶活力以及β-葡萄糖苷酶活力,进一步分析了木质纤维原料复杂的酶水解过程；最后研究了表面活性剂对纤维素酶活力以及特定底物糖化效率的促进作用,主要结论如下：①绿色木霉、拟康氏木霉及康宁木霉液态产酶发酵15天后获得最高滤纸酶活力,分别为0.36、0.24及0.36 FPU/mL,里氏木霉培养11天后获得最高滤纸酶活力0.26FPU/mL。绿色木霉以蒸汽爆破胡枝子为底物进行固态发酵的培养基固液比为1/3.5,碳氮比为5/1,初始pH值为3.5,培养第7天时获得最高滤纸酶活力0.71 FPU/mL。该菌株经过紫外线和硫酸二乙酯复合诱变后滤纸酶活力提高到1.52 FPU/mL。菌株生长力旺盛,用孢子悬液直接接种比用PDA培养基做种子时生产的纤维素酶活力更高,不仅节省了产酶培养时间,还减少了培养过程中的成本。②绿色木霉在蒸汽爆破胡枝子、滤纸、微晶纤维素、羧甲基纤维素钠为底物的四种培养基中生产的纤维素酶在相同条件下水解蒸汽爆破胡枝子的糖化率分别为17.22%,10.63%,9.55%和10.27%。上述结果说明用蒸汽爆破胡枝子培养菌株分泌的纤维素酶对该原料有更好的降解能力,且底物残渣纤维的结晶度、聚合度以及扫描电镜分析可以更好的说明纤维素酶对底物的作用效果。③与其他菌株相比,绿色木霉的纤维素酶对蒸汽爆破胡枝子的原料、综纤维素、纤维素的糖化率最高,分别为32.42%,72.27%,90.09%。通过测定水解液中的蛋白浓度、滤纸酶活力以及β-葡萄糖苷酶活力可知绿色木霉纤维素酶对底物的糖化率最高是因为其酶系的协同作用最好,酶与底物之间的吸附解吸效率最高、有效吸附能力最强,更适合用于水解预处理过的木质纤维原料。木质纤维原料中的木质素与纤维素酶形成稳定的无效吸附,纤维素酶即使解吸到水解液中也无法再恢复其以往活性。④表面活性剂Tween 80、皂荚皂素和茶皂素能够有效提高纤维素酶的酶活力和协同作用,且糠醛渣的糖化率也由25.85%分别提升至33.62%,34.52%,54.07%,加入茶皂素后不同酶水解蒸汽爆破胡枝子的糖化率由22.14%和25.59%提高为23.63%和34.41%。表面活性剂能够有效提高纤维素酶系中三组分的酶活力以及它们之间的协同作用。天然表面活性剂皂荚皂素和茶皂素对纤维素酶的促进作用优于化学表面活性剂Tween80。在酶解过程中茶皂素本身的β-1,4-糖苷键也会遭到破坏,提高绿色木霉纤维素酶的用量,反应48 h后水解液的表面张力依然稳定,说明该酶不会破坏茶皂素的功能性结构,水解木质纤维原料时更适合加入茶皂素来提高酶解效率。在特定的木质纤维原料上进行木霉属菌株产纤维素酶培养、纤维素酶水解木质纤维原料过程中酶蛋白吸附解吸及天然表面活性剂促进木质纤维素酶解等研究成果对纤维素乙醇工业化过程有重要意义。
