嗜冷真菌Truncatella angustata BPF5产羧甲基纤维素酶(CMCase)和滤纸酶(FPase)的筛选、表征及其在生物乙醇和洗涤剂工业中的应用潜力

本研究针对低温环境下高效纤维素酶资源稀缺的问题，从克什米尔地区分离的嗜冷真菌Truncatella angustata BPF5中成功筛选出具有独特酸碱双特性（CMCase酸ophilic、FPase碱ophilic）的纤维素酶复合体。研究发现两种酶均为Cu2+激活的金属酶，在宽温域（4-60°C）和宽pH范围（3-11）保持稳定，且与市售洗涤剂（Tide/Surfexcel）兼容性达100%。该酶系为低温生物质转化和洗涤剂工业提供了新型高效生物催化剂，具有低成本商业化生产潜力。

　　

随着全球对可再生能源需求的日益增长，木质纤维素作为最丰富的可再生生物资源，其高效转化技术成为研究热点。纤维素酶作为能够将纤维素催化转化为寡糖和葡萄糖的关键酶制剂，在食品加工、生物燃料、造纸纺织等工业领域具有广泛应用。然而，现有商业化纤维素酶大多来源于常温微生物，在低温环境下活性受限，且存在酸碱稳定性不足、生产成本高等瓶颈。特别是在低温地区开展生物质转化时，需要额外加热能耗，增加了工艺成本。因此，从特殊环境中挖掘具有新颖特性的纤维素酶资源，成为当前酶工程领域的重要研究方向。

在这项发表于《Biotechnology Notes》的研究中，科学家们将目光投向了寒冷地区——从印度贾姆穆和克什米尔邦巴拉穆拉地区分离到一株嗜冷真菌Truncatella angustata BPF5，并首次系统研究了其产生的两种关键纤维素酶：羧甲基纤维素酶(CMCase)和滤纸酶(FPase)的特性。

研究人员采用深层发酵技术，以羧甲基纤维素(CMC)为底物，在pH 5.0、20°C条件下培养5天生产纤维素酶。通过DNS法测定还原糖含量来量化酶活性。关键实验技术包括：CMC-刚果红平板筛选法（用于初筛产酶菌株）、滤纸酶活(FPA)测定（IUPAC标准方法）、羧甲基纤维素酶(CMCase)活性测定、温度/pH稳定性测试、金属离子（Cu²⁺、Mn²⁺等）效应检测以及商业洗涤剂兼容性实验。所有实验均重复三次并计算标准误差确保数据可靠性。

3.1. 纤维素酶筛选

通过CMC-刚果红染色法筛选发现，T. angustata BPF5在含CMC培养基上生长最为旺盛，培养7天后即产生明显的透明水解圈，表明该菌株具有较强的纤维素分解能力，被选为后续研究的对象。

3.2. 滤纸酶(FPase)的特性表征

3.2.1. 温度影响：FPase在60°C时显示最高活性（725.9 IU/L），但在4°C仍保留35%的残余活性，10°C时保留55%，表现出罕见的宽温域适应性。研究人员观察到三个明显的活性峰值区：低温（4-10°C）、中温（约40°C）和高温（约60°C），提示可能存在多种同工酶。

3.2.2. pH影响：该酶在pH 10时显示最大活性，被鉴定为碱性纤维素酶，但在pH 3.0仍保持60%残余活性，在pH 5.0、6.0和9.0分别保留50%、60%和53%的活性，显示出非凡的酸碱稳定性。

3.2.3. 金属离子影响：FPase被鉴定为金属酶，Mn²⁺和Cu²⁺对其有显著激活作用，Ca²⁺有轻微促进作用，而Zn²⁺显示抑制作用。

3.2.4. 洗涤剂影响：在1% Surfexcel洗涤剂存在下，FPase保持100%相对酶活，在Tide和Wheel洗涤剂中分别保持80%和62%的活性，表明其与商业洗涤剂具有良好的兼容性。

3.3. 羧甲基纤维素酶(CMCase)的特性表征

3.3.1. 温度影响：CMCase在40°C时显示最高活性（279.6 IU/L），在5°C、10°C和20°C仍分别保持222.2 IU/L、259 IU/L和212 IU/L的活性，表现出明显的低温适应性。

3.3.2. pH影响：该酶在pH 4.0时显示最大活性，被鉴定为酸性纤维素酶，但在pH 3.0保留80%活性，在pH 6.0和10.0-11.0分别保持70%和50%的活性。

3.3.3. 金属离子影响：CMCase同样被鉴定为金属酶，Cu²⁺对其有最强激活作用，而Mn²⁺、Na²⁺和Zn²⁺为抑制离子，其中Zn²⁺抑制作用最强。

3.3.4. 洗涤剂影响：在1% Tide洗涤剂浓度下，CMCase保持100%相对酶活，在Surf Excel和Wheel洗涤剂中分别保持82%和62%的活性。

研究结论表明，T. angustata BPF5产生的纤维素酶系统具有非凡的特性：CMCase为酸性金属酶，最适pH 4.0；FPase为碱性金属酶，最适pH 10.0；两种酶均被Cu²⁺激活，且在宽温度和pH范围内保持稳定。这一发现打破了传统纤维素酶通常只适应狭窄酸碱范围的局限，首次报道了同一微生物来源的纤维素酶组件具有酸碱双特性。

该研究的重要意义在于：首先，这是首次关于T. angustata真菌纤维素酶的系统表征，拓展了纤维素酶微生物资源库；其次，酶系的宽温域和宽pH适应性显著降低了工业应用时的环境控制成本；第三，与商业洗涤剂的良好兼容性使其在洗涤剂工业中具有直接应用价值；最后，酶系的低温高活性特性特别适合寒冷地区的生物质转化应用，为低温生物炼制提供了新型酶工具。

研究人员指出，未来工作需要进一步纯化酶蛋白、测定分子量、解析三维结构，并探索其他酶组件（如外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶）的特性。这些嗜冷纤维素酶在木质纤维素生物质糖化、生物乙醇生产和绿色制造领域展现出广阔的应用前景。