近期，我校生物工程学院生物资源与生物炼制研究团队在木质纤维素生物质酶法水解产糖方面取得重要进展，研究成果“Enhanced enzymatic hydrolysis of lignocellulosic substrate with less-expensive formulation of homemade cellulase cocktails”正式发表于Industrial Crops & Products（一区, Top, IF 5.6）。
研究背景
高效制备第二代可发酵糖是实现酶基木质纤维素生物精炼的关键。然而，目前普遍酶用量高导致酶水解制糖过程成本高昂，比如纤维素乙醇生产时酶水解成本占总成本的25−30%，这严重阻碍了由纤维质原料生产大宗发酵品（生物基化学品/燃料）的绿色生物制造进程。因此，研究开发高效生产可发酵性糖的高固低酶水解糖化工艺，对于生物基化学品/燃料的绿色生物制造工业化至关重要。已有文献表明，表面活性剂和非催化蛋白等添加剂能通过增强酶活性、减少木质素吸附、促进酶与底物作用等从而显著提升酶水解效率。然而，表面活性剂是否能联合使用以及价格低廉的植物蛋白是否能用于纤维质底物的高固糖化过程，尚不清楚。结合当前国际商业化纤维素酶制剂成本过于昂贵，该论文旨在研究国产纤维素酶的适配性，针对甘油有机溶剂预处理甘蔗渣，筛选各种表面活性剂和植物蛋白并与纤维素酶复配定制，最终实现底物的浓醪低酶水解工艺。国产纤维素酶制剂LT4在2 mg/g纤维素酶载量条件下通过分批补料方式达到20%（w/v）固体含量，酶解72 h的可发酵糖滴度到达170 g/L（~90%产量），达到大宗发酵初始碳源用量水平。经济成本初步分析表明，可发酵糖生产成本为2 USD/kg，达到国际上报道的纤维质糖生产工艺成本的普通水平(0.1−3.37 USD/kg)，影响成本的关键在于木糖苷酶和葡萄糖苷酶等辅助酶过于昂贵。假设在纤维素酶生产菌株中表达这些辅助酶，那么这些辅助酶的生产成本可以降低到国产纤维素酶制剂的销售水平(2.8 USD/kg)，可发酵糖的生产成本有望降低到0.56 USD/kg，接近目前淀粉糖的生产成本（0.22−0.55 USD/kg）。总之，该论文为研究开发具有工业化价值的纤维质原料酶法水解制糖工艺提供了技术借鉴。
江南大学2020级博士生刘强强为该论文第一作者，孙付保教授为该论文通讯作者。上述研究工作得到国家重点研发计划专项课题（2022YFC2104601）和国家自然科学基金（52106245; 22278189; 22350410382）等资助。近年来，我校生物工程学院孙付保教授团队在木质纤维原料的绿色生物加工制造方面取得明显进展，相关成果陆续发表于Chemical Engineering Journal (2024, 481: 148713)、Biofuel Research Journal (2024, 41: 2040-2064)、Bioresource Technology (2024: 395: 130358)、Biotechnology Advances (2023, 62: 108059)、Green chemistry (2023, 25: 7141-7156)等本领域权威期刊。
