[发明专利]一种用于纤维素降解的东方醋酸菌及应用

说明书

本发明提供一种用于纤维素降解的东方醋酸菌及应用，所述的东方醋酸菌菌株为东方醋酸菌(Acetobacter orientalis)XJC‑C，在中国普通微生物菌种保藏管理中心登记保藏，保藏编号为CGMCC NO：19592。经实验验证，本发明所述的东方醋酸菌XJC‑C具有高效的纤维素酶和木质素酶活性，能够降解纤维素和木质素，可用于降解含有纤维素和木质素的各类工业和农业肥料，将其用于副产品再利用和微生物肥料，对废弃物处理及微生物资源的高效利用具有友好的实用价值。

技术领域

本发明属于生物领域，具体涉及一种用于纤维素降解的东方醋酸菌及应用。

背景技术

如今，地球上的各种资源在使用过程中被大量浪费。因此，寻找可替代的可再生能源物质是众多科学家致力解决的问题。世界上最丰富的再生资源是植物，植物的主要组成成分为纤维素，纤维素在植物干组织中的含量约为 30～50％。在植物当中，秸秆作为其中一种具有代表性的能源物质。大多作物秸秆的处理方式是直接焚烧，不但造成严重的环境污染，而且严重浪费资源。如果可以将纤维素有效地转化利用，不仅可以从根源上解决焚烧农作物秸秆所产生的环境污染问题，而且可以将其能量转化为能源为人类利用。因为纤维素是一种高分子化合物，含有大量高能氢键，难以被降解和水解，所以现纤维素的资源化利用程度较低。处理纤维素有三种方法：物理、化学和生物法。物理法需要大量的能量，化学法容易造成环境污染，利用微生物产生的纤维素酶来降解纤维素的生物法能够安全无污染处理纤维素，因此最值得提倡，是众多科学家研究的一个重点方向。

纤维素被认为是地球上最丰富的生物聚合物，是农业残留物的主要成分，可被内切葡聚糖酶、纤维二水解酶和β-葡萄糖苷酶等纤维素酶降解为葡萄糖。酶法降解纤维素对农业废弃物的可持续利用具有重要意义。因此，生产高效、经济的纤维素酶，包括纤维素酶、半纤维素酶和木聚糖酶受到了广泛关注。研究者对纤维素的开发和利用已经有多年，在纤维素和纤维素酶的理论研究和具体实践方面也已取得了很大进步，但其利用效率不到2％，还存在很大的研究进步空间。目前，产纤维素酶微生物的分离筛选成为研究热点，研究者从微生物的纤维素酶活性、生物转化和实际生产利用等几方面着手，进行解纤维素菌的研究。

纤维素作为木质纤维素的主要成分，是地球上最丰富的生物聚合物，分子量为5×10⁴～2.5×10⁶，化学分子式是(C₆H₁₀O₅)_n，n是聚合度，代表的是葡萄糖基的个数，其数量用来指示纤维素分子量的大小。在室温下，纤维素不溶于水、稀酸和一般有机溶剂，如醇、乙醚、丙酮等。纤维素属于链状高分子化合物，它是以D-葡萄糖为单元，由β-1，4糖苷键以C1椅式构象联结形成。在室温下，纤维素不溶于水、稀酸和一般有机溶剂，如醇、乙醚、丙酮等。

纤维素分为结晶区和非结晶区。结晶区含有大量的羟基基团，分子间形成氢键，使晶体结构稳定，相对致密，不易降解。这就是纤维素难以被生物酶和化学试剂降解的主要原因。非结晶区是由游离的羟基组成，在液体中，游离的羟基可以与水形成氢键从而膨胀。降解纤维素的主要重点在于如何破坏分子间的氢键。

纤维素的水解主要由三种类型的纤维素酶催化：内切葡聚糖酶(EC 3.2.1.4)、外切葡聚糖酶(EC 3.2.1.91)和β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21)，三种纤维素酶具有协同作用。

内切葡聚糖酶(endo-β-1,4-D-glucanases，EC 3.2.1.4)，在细菌中简称为Cen，也可称为Cx酶、CMC酶。在真菌中简称为EG。内切葡聚糖酶主要作用在纤维素的非结晶区，随机水解β-1，4糖苷键，能够打断纤维素大分子的长链，释放纤维素小分子。内切葡聚糖酶的酶活力在一般条件下高于其他类型的纤维素酶。

外切葡聚糖酶(exo-β-1,4-D-glucanases)，在细菌汇总简称Cex，也可称为 C1酶。在真菌中简称为CBH。外切葡聚糖酶主要作用于纤维素大分子长链的末端，释放出游离末端，水解生成纤维二糖。底物主要是微晶纤维素，所以也称为微晶纤维素酶。