细菌产生的纤维素酶（综述）（续1）

文章编号：1001-0769（2018）11-0057-05

3  使用深层液态发酵、固態发酵或者培养生产纤维素酶

发酵是一种通过多种微生物将复杂的底物转化为简单化合物的生物转化技术。它被广泛地用于生产纤维素酶，并已在工业中广泛应用。多年来，由于其经济和环境优势，发酵技术已经变得非常重要。由于其快速发展，目前存在两种广泛的发酵技术：即液态发酵（Submerged Fermentation，SmF）和固态发酵（Solid State Ferentation，SSF）。

3.1 固态发酵/固态培养

SSF利用固体底物，如麸皮、甘蔗渣、稻草、其他农业废弃物和纸浆。使用这些底物的主要优点是它们养分丰富，且可以作为便宜的底物重复利用。SSF最适合于需要较少水量的真菌和微生物的发酵工艺。然而，它不能用于如细菌等高需水量微生物的发酵过程。

3.2 液态发酵/液态发酵

SmF利用自由流动的液体底物，如糖蜜和肉汤。这种发酵技术最适合于如细菌等高需水量微生物。这种技术的另一个优点是产品更易纯化。

3.3 SmF和SSC方法的比较

传统上使用SmF法生产纤维素酶，其中微生物培养于含有营养素的水溶液中。这种传统SmF法的替代方法是SSC法，其中微生物在无游离液体的固体底物上生长。由于SSC与SmF相比液体量相对较少，因此SSC的后续处理在理论上会更简单且更便宜（图1和表3）。在过去的十年中，人们对SSC重新燃起了兴趣，部分是由于对微生物认识，包括转基因生物（Genetically Modified Organism，GMO）在内的许多微生物可以通过SSC更有效地生产其产品。SSC有三大优势，即：（1）较低的水和能源消耗;（2）较少的废物流;（3）更高的产品浓度。并且，SmF生物合成纤维素酶的过程强烈地受到代谢产物和终产物的影响，而SSF发酵可显著降低这种影响，具有较大的经济重要性。据文件报道，SSF技术利用了多达20%～30%底物，相比之下，SmF过程最多利用5%。

SSF通常是优选的，因为它提供了许多优点，例如酶产量以及蛋白得率达两倍高，培养基中产物的浓度较高，可直接使用风干发酵固体作为酶的来源，使得下游加工费用减少，可使用天然纤维素废物作为底物，并且具有在非无菌条件下进行发酵的可能性，相比之下，液态发酵（SmF）必须使用纯纤维素。表4给出了一些纤维素酶产生菌发酵的例子。

4  纤维素酶的定量方法

所有现有的纤维素酶活性分析可分为三种类型：（1） 水解后产物的积累量分析;（2） 底物量的减少测定;（3） 底物物理性质的变化测定。大部分测定方法涉及水解产物的含量，包括还原糖、总糖和生色团（表5）。

5  纤维素酶产生菌及其特征（表6）

真菌和细菌因其有能力生产多种不同类型的纤维素酶和半纤维素酶而被开发。人们关注的重点都放在真菌的使用上，因为它们有能力产生高浓度的纤维素酶，通常没有细菌纤维素酶复杂，且更容易提取和纯化。因此，在快速生长的细菌宿主中通过重组更便捷地克隆和产生这些酶。然而，从细菌中分离和鉴定新的纤维素酶正在被广泛利用。这些转变有几个原因：（1）细菌的生长速率通常比真菌高，能更高效产生重组酶;（2）细菌纤维素酶通常更复杂且存在于多酶复合酶系中，能提供更全面的功能和协同作用;（3）细菌栖息于广泛的环境和工业生态中，如嗜热或嗜冷，嗜碱性或嗜酸性和嗜盐菌株，这使得纤维素分解菌对环境刺激有着最强的抗性。这些菌株可以在苛刻的条件下存活并产生纤维素分解酶，且这些在极端条件下产生的酶是稳定的，因此可以用于生物转化过程。这可能会增加酶的水解、发酵和产物回收率。现在研究人员正在把重点放在利用和改进这些酶在生物燃料和生物制品行业的应用。

许多细菌可以在纤维素上生长，且产生能降解可溶性纤维素衍生物或结晶纤维素无定形区域的酶。然而，仅有少量细菌能合成可广泛降解自然界中存在的结晶物质的完整酶系统。这些少量的细菌应该被称为“真正的纤维素分解”细菌，那些产生部分内切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，但不是完整系统的细菌被称为“假纤维素分解”细菌。这种假纤维分解菌可能是通过水平转移从真正的纤维素分解菌中提取了编码这些酶的基因。这里有从不同的环境中分离出不同类型的细菌产生纤维素酶。部分重要的细菌和其纤维素酶组分的特征如下。