［本站讯］近日，微生物改造技术全国重点实验室钟耀华教授课题组在纤维素酶生产及木质纤维素糖制备方面取得新进展。相关研究成果以“Achieving high-concentration lignocellulosic sugars by using theTrichoderma reeseistrain with high β-glucosidase activity for inducersynthesis and cellulase production”为题发表于工程技术领域国际期刊Chemical Engineering Journal（中科院1区Top）。实验室博士研究生栗科航为论文第一作者，钟耀华教授为论文通讯作者，山东大学微生物改造技术全国重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。

木质纤维素生物质是地球上最丰富的生物可再生资源，可以作为乙醇等生物燃料以及生物基化学品生产的理想原料。利用纤维素酶将木质纤维素生物质转化为可发酵糖（主要是葡萄糖和木糖）是实现木质纤维素有效利用的关键环节。然而，纤维素酶的高生产成本、低催化效率使木质纤维素糖的生产成本居高不下，这是木质纤维素生物精炼商业化的主要障碍。另外下游工艺中生物基产品经济有效的发酵生产也依赖于高浓度木质纤维素糖的制备。

图一 纤维素酶生产与木质纤维素糖制备摘要图

针对上述难题，研究团队系统性地挖掘了具有超高β-葡萄糖苷酶活性的里氏木霉工程菌株SCB18在经济高效的生产纤维素酶和制备高浓度木质纤维素糖方面的工业应用潜力。首先直接利用具有高β-葡萄糖苷酶活性的里氏木霉SCB18菌株的粗纤维素酶液进行转糖苷反应，有效地合成了纤维素酶生产所需的β-二糖诱导剂。随后在5L发酵罐中添加该诱导剂进行里氏木霉SCB18菌株的补料分批发酵，获得了高水平的纤维素酶产量，FPase活性最高可达61.8 IU/mL。同时纤维素酶液中的β-葡萄糖苷酶活力达到了2169 IU/mL，这是迄今为止里氏木霉中报道过的最高的β-葡萄糖苷酶产量。基于此结果，研究团队通过回收2.1‰粗纤维素酶液成功建立了一个诱导物合成和纤维素酶生产的循环系统。为了经济有效地制备高浓度木质纤维素糖，研究团队一方面通过优化底物分批补料策略成功建立了底物负荷为35%的玉米秸秆高固糖化体系，获得了144.5 g/L的木质纤维素糖。另一方面，研究团队结合柠檬酸缓冲液、表面活性剂吐温80、以及带菌渣粗纤维素酶的使用对高固糖化体系进行优化，成功将纤维素酶用量降低到了3 FPU/g DM。综上所述，该研究不仅降低了纤维素酶的生产成本，而且实现了低纤维酶用量下的高浓度木质纤维素糖制备，有助于提高木质纤维素生物精炼的经济可行性。

图二 诱导物合成与纤维素酶生产可循环系统示意图

该研究工作得到了国家重点研发计划（2021YFC2101300）、山东省泰山产业领军人才、山东大学微生物改造技术全国重点实验室“揭榜挂帅”重大攻关等项目的资助。此外，上海交通大学白凤武教授团队、南京理工大学金明杰教授团队也参与了研究工作，为本进展提供了重要支持。