[发明专利]一种混菌发酵玉米秸秆糠醛渣生产纤维素酶的方法

说明书

本发明提供了一种混菌发酵玉米秸秆糠醛渣生产纤维素酶的方法，该方法利用里氏木霉CICC13052和CICC40360在以玉米秸秆糠醛渣为诱导碳源的产酶培养基中进行混合发酵产纤维素酶。本发明方法原料廉价易得，克服了单一菌株产酶低的缺点，提高了生产效率，且混菌中的二者皆属于里氏木霉，其生长条件相同，无拮抗作用，利于混合培养。本发明方法操作简单易行，成本低，有望为微生物发酵法生产纤维素酶的工业化提供简单经济的发酵工艺。

技术领域

本发明属于生物能源利用领域，特别涉及一种混菌发酵玉米秸秆糠醛渣生产纤维素酶的方法。

背景技术

纤维素酶在纺织业、饲料业、酿造、食品加工及开发新能源等方面有着良好的应用前景。近年来，随着能源问题的日益严峻，利用纤维素酶降解秸秆原料生产纤维燃料乙醇等新型能源的命题更是提到了日程上来，但价格偏高却阻碍了其广泛应用。因此生产高效低价的纤维素酶对于最终解决人类所面临的能源紧缺问题具有划时代的意义。

纤维素酶来源非常广泛，细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶。不同微生物合成的纤维素酶在组成上有显著的差异，对纤维素的降解能力也大不相同。放线菌的纤维素酶产量极低，研究极少。细菌的产量也不高，且主要是内切葡聚糖酶，另外，所产生的酶是胞内酶或吸附于细胞壁上，增加提纯难度，很少在工业上用。而丝状真菌具有产酶的诸多优点：产生的纤维素酶为胞外酶，便于提取；产酶效率高，酶系较合理等。目前，用于生产纤维素酶的微生物菌种大多都是丝状真菌，比较典型的有木霉属(Trichodema)、曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)，其中里氏木霉因其产酶活力高、酶系完全、生长环境粗放、酶易提取且菌株安全无毒等特点成为最具有工业应用价值的纤维素酶生产菌。

纤维素酶是一种多组分的复合酶，通常包括内切型-β-葡聚糖酶(Cx酶)、外切型-β-葡聚糖酶(C1酶)和β-葡萄糖苷酶(CB酶)。在将天然纤维素水解成葡萄糖时,必须依靠上述3种组分的协同作用才能完成：外切酶(纤维二糖水解酶)可以水解纤维素结晶区，(CBHI)从纤维素链的还原端或(CBH II)非还原端开始持续水解，释放纤维二糖；内切酶主要作用于纤维素的非结晶区，随机水解纤维素链中的糖苷键，把纤维素长链切断，转化成为大量不同聚合度的纤维素短链，使得纤维素分子的聚合度降低，可供外切酶作用的纤维素链末端数增加；β-葡萄糖苷酶则主要水解纤维二糖和可溶性纤维寡糖，最终将纤维素转化为可利用的葡萄糖。

单一菌株发酵存在酶活低、酶系组分不完全的缺点，这些都会严重影响到酶解效率，提高纤维素酶活力以及改善酶系组成的研究现在非常活跃，提出的方法很多：通过基因工程构建多基因菌株同时表达多种酶组分，但成本高、耗时长；比较而言，混菌发酵则不失为一种最简单有效的方法。混菌发酵过程中混菌间互利共栖，使酶系比例协调，避免发酵过程中某一中间产物大量积累产生反馈抑制，使得混菌发酵产酶能力大大高于单一菌株，提高了产率。CN 101100660 A提出了一种利用康宁木霉与米根霉混合发酵产纤维素酶的方法，但两株菌生长条件不尽相同，且米根霉比康宁木霉生长速度快，很容易导致混合培养过程中米根霉优势生长，这种情况反而使滤纸酶活力下降，因此需要严格控制培养方式与条件，两株菌需要分阶段接种，操作较复杂，且在发酵后期两株菌同时存在时也避免不了营养竞争等问题；CN 102154243 A利用绿色木霉和黑曲霉混合发酵虽然可提高β-葡萄糖苷酶活力，但同样存在相同的问题；高星星等利用里氏木霉与黑曲霉混合发酵，除了由于生长条件不尽相同而存在一定的拮抗作用外，黑曲霉的添加改变了发酵体系的pH值，不利于里氏木霉产纤维素酶，导致混合发酵的滤纸酶活比单一里氏木霉还低(食品科学,2012,33(19):193-198)。针对以上不足，本发明提供了一种新的混合发酵方法，采用两株里氏木霉混合发酵进行产酶，两株菌生长条件相同，操作简便。