新型生物催化剂促进秸秆高值化应用

新型生物催化剂促进秸秆高值化利用

本报报道（记者廖阳通讯员刘佳）木质纤维素复杂的结构和成分构成了抗降解的天然屏障。因此，如何实现高效、低成本的木质纤维素酶解糖化已成为秸秆工业化应用的主要瓶颈之一。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所代谢组学研究组成功研制出新型木质纤维素集成生物糖化（CBS）生物催化剂。 CBS 工艺有望以经济实用且可持续的方式将木材转化为生物质。纤维素生物转化已进入实际工业应用，极大地促进了木质纤维素生物质资源的规模化应用。该工作本周在线发表在《生物资源技术》上。

《中国科学报》了解到，该课题组此前基于对热纤梭菌和纤维素体的长期研究，制定了新的CBS策略。 CBS 使用基于纤维素体的新型生物催化剂，并使用可发酵糖作为下游应用的出口耦合，提供显着的灵活性和成本优势。

此外，研究团队还根据CBS技术的特点，进一步开发了上下游工艺，从而形成了从原材料到高价值产品的全链条工艺。这是中国科学家在国际上提出的第一个具有自主知识产权的高值秸秆转化成套装置。技术路线。

由于纤维素的水解产物纤维二糖对纤维体系统具有严重的反馈抑制作用，同时β-葡萄糖苷酶（BGL）的表达在CBS生物催化剂中是不可或缺的。为此，代谢组学研究组通过将外源BGL引入热纤梭菌中，构建了两代CBS生物催化剂，实现了纤维素向葡萄糖的高效转化。然而，在热纤梭菌中实现异源蛋白的高水平表达仍然具有挑战性。另一方面，BGL满足CBS要求的最佳表达水平及其与纤维体的匹配规则也不清楚。

为了解决这些问题，研究人员开发了一种基于质粒主链的高效异源表达方法，实现了BGL在热纤梭菌中的高水平表达和分泌，获得了第三代CBS生物催化剂，并进一步明确了胞外的最佳比例BGL 与纤维体的活性应在 5.5 至 21.6 范围内。

不仅如此，研究人员还发现，虽然BGL对于提高CBS糖基化效率至关重要，但过量的BGL表达及其通过I型相互作用在纤维体上的组装会导致纤维体活性降低，这不仅证实了BGL协同活性的重要性BGL和纤维体的结合，也有效指导了下一步CBS生物催化剂的优化和改进。

目前，基于已构建的第三代CBS生物催化剂，研究团队已与企业合作建设了100吨秸秆糖化中试示范。将进一步解决中试放大工艺中的技术问题，开展CBS工艺的生产成本估算和生产。进一步技术优化。