[发明专利]一种液体深层发酵法生产桦褐孔菌木质纤维素降解酶的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及发酵工程技术领域，特别涉及一种液体深层发酵法生产桦 褐孔菌木质纤维素降解酶的工艺。

背景技术

木质纤维素是植物通过光合作用产生的主要生物质，它占总生物产量 的60％以上。是自然界中含量最多的可用于食品、能源、医药的有机可再 生资源。木质纤维素大量存在于各种农作物废弃物、纸屑、木屑和果壳中， 是一种价格低廉可循环利用、来源丰富的资源。有效的利用这些资源是将 碳转化为能源、食物和其他化学品的良好方式。

木质纤维素是生物圈最为丰富的天然高分子化合物，主要由纤维素、 半纤维素和木质素组成。纤维素是由10³-10⁴个β-D-吡喃型葡萄糖单体通过 β-1,4糖苷键联接而成的链状高分子聚合物。半纤维素是由高度分枝的杂多 糖链组成，以木聚糖和葡聚糖为主。木质素是由多个苯丙烷单体组成的高 分子芳香族类聚合物，它们相互之间通过C-O-C键和C-C键连接而成，苯丙 烷单体的结构和连接键非常复杂，这使得木质素结构不容易被破坏，木质 素在纤维素的降解中起到天然的屏障作用。木质素和半纤维素通过共价键 的形式连接，而纤维素被木质素和半纤维素屏蔽在里面，因此，要想利用 纤维素必须先破坏木质素，也就是预处理。对木质纤维素进行预处理必须 满足以下要求：去除或改变木质素，降低纤维素结晶度，增加纤维素的可 及表面积，提高纤维素的利用率；促进糖的形成，避免糖降解或损失；降 低能量需求和成本投入。

在木质纤维素原料预处理中，对木腐菌木质纤维素降解酶的研究是目 前国际热点。木腐菌包含三大类即软腐菌、褐腐菌、白腐菌，褐腐菌主要 攻击对象是纤维素，而白腐菌和软腐菌攻击纤维素和木质素。白腐菌(white rotfungi)是指着生在木材上，菌丝穿入木质，侵入木质细胞腔内，能释放 降解木质素和其他木质组分的酶，以降解木材中的木质素、纤维素、半纤 维素，引起木质白色腐烂的丝状真菌的集合。白腐菌的种类很多，绝大多 数为担子菌，少数为子囊菌。属于担子菌门(Basidiomycota)，包括非褶 菌(Aphyllophorales)、伞菌(Agaricales)等200多个品系。白腐菌是目 前已知的自然界中唯一能彻底降解木质纤维素的微生物。

利用白腐菌专一性地降解木质素，以去除木质素和半纤维素(木质纤维 素中最易被降解的成分)对纤维素的包裹，达到提高纤维素或半纤维素的可 及度，并在纤维素酶和半纤维素酶的作用下降解纤维素和半纤维素，是目 前木质纤维素生物转化和利用的最有潜力的途径之一。在自然界中，白腐 菌能够产生木质素水解酶系，将木质素降解为CO₂，并在木质纤维素的结 晶区暴露出纤维素和半纤维素，再由多糖(纤维素、半纤维素)水解酶系 降解纤维素和半纤维素。纤维素降解酶是一个复杂的酶系统，主要包括三 类酶：内切β-1,4-葡聚糖酶；外切葡聚糖酶；β-葡萄糖苷酶。半纤维素可以 被降解为单糖和乙酸。半纤维素降解酶是内切-β-1,4-木聚糖酶和β-1,4-木糖 苷酶，此外，半纤维素的降解还需要木聚糖酯酶、葡糖醛酸酶、阿拉伯呋 喃糖酶和乙酰酯酶等辅助酶的作用。木质素降解酶主要有三类，即：木质 素过氧化物酶(Lip)、锰过氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)，此外，还 包括乙二醛氧化酶和芳基醇氧化酶等。