基于突变枯草芽孢杆菌利用木质纤维素生物质强化生产纤维素酶和地衣多糖酶的资源化研究

《International Biodeterioration & Biodegradation》：Waste-to-resource: Enhanced production of cellulases and lichenase from lignocellulosic biomass via mutated Bacillus subtilis

本研究通过化学诱变（EMS）改良枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），结合低成本木质纤维素底物（如麦秸）优化发酵工艺，显著提升了纤维素酶（内切葡聚糖酶EC 3.2.1.4、外切葡聚糖酶EC 3.2.1.91、β-葡萄糖苷酶EC 3.2.1.21）和地衣多糖酶（EC 3.2.1.73）的产量与稳定性。突变株酶学性能优异（催化效率与底物亲和力提升，80%活性保持4小时），为工业酶制剂绿色生产提供了非转基因、低成本的高效策略。

　　

亮点

突变株筛选与性能评估

通过不同浓度EMS（0.5%-4%）处理枯草芽孢杆菌，获得突变株M1-M5。在CMC琼脂和β-葡聚糖琼脂平板上，突变株M3（1.7% EMS处理）表现出最大的水解圈（纤维素酶：直径18.5 mm；地衣多糖酶：16.2 mm），酶活分别比野生型提高2.3倍和1.9倍，证实其高产酶特性。

发酵条件优化

以麦秸和大麦粉为底物时，突变株在pH 7.0、35°C、72小时发酵条件下酶产量最高。蔗糖和胰蛋白胨作为碳氮源时，酶活进一步提升至野生型的2.8倍（纤维素酶）和2.1倍（地衣多糖酶）。

酶学性质分析

突变株产酶动力学参数显著改善：内切葡聚糖酶K_m值降低40%，外切葡聚糖酶k_cat值提高1.5倍，β-葡萄糖苷酶和地衣多糖酶的热稳定性（60°C保温4小时活性保留>80%）与pH稳定性（pH 5-9范围内活性保持>75%）均优于野生型。

结论

化学诱变结合木质纤维素底物优化，成功构建了高效产酶枯草芽孢杆菌工程菌株，为工业酶制剂低成本生产及生物质资源化提供了可行路径。