Page 103 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 刘 春，等: 菌团 HBB 降解竹纤维素纤维及微生物群落功能分析 ·1165·

图 1 不同微生物区系下的 pH 和蛋白含量
Fig. 1 pH and protein content in different microflora

这可能源于初期发酵液中有利基质（即牛肉膏
和蛋白胨）的优先利用，生长代谢过程中碱性物质
的生产和积累，如胺 [19] 。降解过程 3 种体系 pH 和
微生物含量存在明显差异。其中，HBB 组微生物含
量显著高于 BB 和 HM 组（P<0.01），而 pH 6.80~
7.84 范围内，HBB 组的 pH 则显著低于 HM 组（P<
0.05），而极其显著高于 BB 组（P<0.001），这可

能是 HBB 增殖、微生物活性增强、木质纤维素降解 图 2 不同微生物区系下的酶活性
的理想环境。 Fig. 2 Enzyme activities in different microflora

CMCase 酶、木聚糖酶和漆酶分别参与纤维素、
2.2 不同微生物区系下降解性能比较
半纤维素和木质素的降解，是木质纤维素降解的关 图 3 为不同微生物区系下降解过程 BCF 干物质
键酶 [20] ，其在降解过程中的活性变化如图 2 所示。
损失率的变化。如图 3 所示，3 种微生物策略均对
在整个降解过程中，HBB 组具有显著高于 BB 和
BCF 有良好的降解效果，且均呈现先快后慢的降解
HM 组的漆酶活性，P<0.05（0~7 d）、P<0.01（8~
趋势。降解的大部分工作在 11 d 内完成，BB、HM
11 d）和 P<0.05（12~15 d）；极其显著高的 CMCase
和 HBB 组的对应平均干物质损失率分别为 40.69%、
酶活性出现在 HBB 组的降解中期，为 53.3 U/L；3
57.33%和 70.09%，后期水解减缓与发酵后期 pH 的
组的木聚糖酶活性有不同的表现，整个过程纯 BB
持续上升、微生物结构改变和活性减弱、底物难降
组的最高，HBB 组次之，HM 组最低，同时，在发
解组分，如木质素等 [21] 的累积和抑制微生物生长及
酵启动后的各时期（4~15 d），各组木聚糖酶活性均
高于文献值 [20] ，木聚糖 酶活性分别为（ 17.54~ 活性有关。3 种体系下的 BCF 干物质损失率存在明
3
3
42.36）×10 U/L（BB）、（12.60~20.55）×10 U/L 显差异，BB 和 HM 组显著低于 HBB 组（P<0.01），
3
（HBB）、（5.92~9.20）×10 U/L（HM）。降解的 HM 组则显著高于纯 BB 组（P<0.05），发酵结束时，
主要阶段（0~11 d），尤其是初期（0~7 d）较高水 HBB 组的干物质损失率为 77.67%。结合 2.1 节中 3
平的 CMCase、木聚糖酶和漆酶活性进一步验证了 组的酶活性差异判断，HBB 组降解初期的木聚糖酶
上述弱碱性 pH 环境是菌团 HBB 快速协同产酶的 和漆酶活性较高，这些酶可以短期内破坏木质素-
适宜条件，为竹纤维素纤维的降解提供可靠保障。 碳水化合物复合体（LCC）结构、去除部分半纤维
素和木质素，解除木质素对纤维素的包裹，同时释
放出更多的纤维间空隙，增加微生物及其酶对纤维
素的可及性 [22] ，从而有利于丰富的 CMCase 酶发挥
作用，最终提高降解效果。此外，CMCase 酶能有
效切断纤维素分子链，产生更多的还原性末端基，
引发 BCF 在弱碱性发酵液中的剥皮反应 [23] ，这可能
是加速降解的另一原因。复合微生物区系，尤其是
HBB 的酶活性和降解特征暗示着该体系下存在典
型的功能微生物，这些微生物间的协同作用可能和
竹纤维素纤维有效降解存在某种联系。