近代物理所在利用廢紙資源發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶研究方面取得進(jìn)展
纖維素酶是繼淀粉酶和蛋白酶之后的全球第三大工業(yè)用酶制劑，被廣泛的應(yīng)用于生物能源、食品、造紙、紡織洗滌、醫(yī)藥、動(dòng)物飼料以及農(nóng)業(yè)廢棄物處理等領(lǐng)域。但是昂貴的發(fā)酵生產(chǎn)成本是目前制約纖維素酶行業(yè)快速發(fā)展的主要瓶頸。而廢紙作為可回收利用的廢棄物資源之一，由于其纖維素含量高、價(jià)格低廉、來源廣泛、易獲取及產(chǎn)生量大等特點(diǎn)具有良好的開發(fā)應(yīng)用潛力。因此，利用廢紙資源進(jìn)行纖維素酶的發(fā)酵生產(chǎn)，不僅可以有效降低纖維素酶發(fā)酵成本，而且還能實(shí)現(xiàn)廢紙資源的高值化利用。
近日，近代物理所王曙陽研究員團(tuán)隊(duì)在利用廢紙發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Journal of Cleaner Production.
圖1：不同類型廢紙結(jié)構(gòu)表征結(jié)果。左：SEM（×1000）和EDS能譜測(cè)定結(jié)果（A, 辦公廢紙；B, 餐巾廢紙；C, 雜志紙；D, 硬紙板紙）；右：XRD（10-50°）測(cè)定結(jié)果
研究人員利用重離子束誘變選育的長枝木霉突變菌株LC-M4進(jìn)行廢紙?zhí)荚窗l(fā)酵產(chǎn)酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)選用的辦公廢紙、餐巾廢紙、雜志紙和硬紙板紙四種類型的廢紙中，硬紙板紙發(fā)酵的濾紙酶活（FPA）、內(nèi)切葡聚糖酶活（CMC）、β-葡萄糖苷酶活（BGL）和木聚糖酶活（Xyl）分別達(dá)到了2.97 IU/mL、4.8 IU/mL、0.51 IU/mL和382.59 IU/mL，表明LC-M4菌株可有效利用硬紙板紙為碳源產(chǎn)酶。通過廢紙結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)：不同廢紙中纖維素為主要成分，造紙過程中添加的碳酸鈣等填料可以為菌株生長和產(chǎn)物合成提供營養(yǎng)元素，對(duì)發(fā)酵過程有促進(jìn)作用。為進(jìn)一步提高廢紙?zhí)荚窗l(fā)酵酶活，選用硬紙板紙和麩皮混合碳源發(fā)酵，BGL最高達(dá)到0.80 IU/mL，比硬紙板紙單一碳源酶活提高了56.86%；外切葡聚糖酶活（pNPC）、FPA和Xyl也有了一定的提高，其中Xyl達(dá)到399.74 IU/mL，較微晶纖維素碳源發(fā)酵酶活（343.09 IU/mL）提高了16.51%。表明廢紙和麩皮作為產(chǎn)酶發(fā)酵碳源具有很高的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)開發(fā)潛力。
圖2：長枝木霉突變菌株LC-M4利用硬紙板紙和麩皮混合碳源發(fā)酵產(chǎn)酶結(jié)果
該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(12075294)、中國科學(xué)院院地合作項(xiàng)目(YD-2021-01)和甘肅省科學(xué)院合作項(xiàng)目(2020HZ-01)的資助。
文章鏈接https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127287
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