[發明專利]一種液體深層發酵法生產樺褐孔菌木質纖維素降解酶的工藝

在審

• 申請號: 201610040694.0
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105624133A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 徐向群
• 申請（專利權）人: 徐向群
• 主分類號: C12N9/42
• 分類號: C12N9/42;C12N9/24;C12N9/08;C12N9/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;趙越劍

技術領域

本發明涉及發酵工程技術領域，特別涉及一種液體深層發酵法生產樺 褐孔菌木質纖維素降解酶的工藝。

背景技術

木質纖維素是植物通過光合作用產生的主要生物質，它占總生物產量 的60％以上。是自然界中含量最多的可用于食品、能源、醫藥的有機可再 生資源。木質纖維素大量存在于各種農作物廢棄物、紙屑、木屑和果殼中， 是一種價格低廉可循環利用、來源豐富的資源。有效的利用這些資源是將 碳轉化為能源、食物和其他化學品的良好方式。

木質纖維素是生物圈最為豐富的天然高分子化合物，主要由纖維素、 半纖維素和木質素組成。纖維素是由10³-10⁴個β-D-吡喃型葡萄糖單體通過 β-1,4糖苷鍵聯接而成的鏈狀高分子聚合物。半纖維素是由高度分枝的雜多 糖鏈組成，以木聚糖和葡聚糖為主。木質素是由多個苯丙烷單體組成的高 分子芳香族類聚合物，它們相互之間通過C-O-C鍵和C-C鍵連接而成，苯丙 烷單體的結構和連接鍵非常復雜，這使得木質素結構不容易被破壞，木質 素在纖維素的降解中起到天然的屏障作用。木質素和半纖維素通過共價鍵 的形式連接，而纖維素被木質素和半纖維素屏蔽在里面，因此，要想利用 纖維素必須先破壞木質素，也就是預處理。對木質纖維素進行預處理必須 滿足以下要求：去除或改變木質素，降低纖維素結晶度，增加纖維素的可 及表面積，提高纖維素的利用率；促進糖的形成，避免糖降解或損失；降 低能量需求和成本投入。

在木質纖維素原料預處理中，對木腐菌木質纖維素降解酶的研究是目 前國際熱點。木腐菌包含三大類即軟腐菌、褐腐菌、白腐菌，褐腐菌主要 攻擊對象是纖維素，而白腐菌和軟腐菌攻擊纖維素和木質素。白腐菌(white rotfungi)是指著生在木材上，菌絲穿入木質，侵入木質細胞腔內，能釋放 降解木質素和其他木質組分的酶，以降解木材中的木質素、纖維素、半纖 維素，引起木質白色腐爛的絲狀真菌的集合。白腐菌的種類很多，絕大多 數為擔子菌，少數為子囊菌。屬于擔子菌門(Basidiomycota)，包括非褶 菌(Aphyllophorales)、傘菌(Agaricales)等200多個品系。白腐菌是目 前已知的自然界中唯一能徹底降解木質纖維素的微生物。

利用白腐菌專一性地降解木質素，以去除木質素和半纖維素(木質纖維 素中最易被降解的成分)對纖維素的包裹，達到提高纖維素或半纖維素的可 及度，并在纖維素酶和半纖維素酶的作用下降解纖維素和半纖維素，是目 前木質纖維素生物轉化和利用的最有潛力的途徑之一。在自然界中，白腐 菌能夠產生木質素水解酶系，將木質素降解為CO₂，并在木質纖維素的結 晶區暴露出纖維素和半纖維素，再由多糖(纖維素、半纖維素)水解酶系 降解纖維素和半纖維素。纖維素降解酶是一個復雜的酶系統，主要包括三 類酶：內切β-1,4-葡聚糖酶；外切葡聚糖酶；β-葡萄糖苷酶。半纖維素可以 被降解為單糖和乙酸。半纖維素降解酶是內切-β-1,4-木聚糖酶和β-1,4-木糖 苷酶，此外，半纖維素的降解還需要木聚糖酯酶、葡糖醛酸酶、阿拉伯呋 喃糖酶和乙酰酯酶等輔助酶的作用。木質素降解酶主要有三類，即：木質 素過氧化物酶(Lip)、錳過氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)，此外，還 包括乙二醛氧化酶和芳基醇氧化酶等。