一、工業酶制劑與厭氧發酵技術

工業酶制劑作為生物制造領域的核心催化劑，廣泛應用于食品、醫藥、能源等行業。厭氧發酵因能耗低、副產物少等優勢，成為工業酶制劑制備的主流技術之一。然而，厭氧發酵過程中微生物對環境敏感性極高，氣體組分（O?、CO?）、溫度、pH等參數的微小波動均會影響菌株代謝路徑，導致酶產量與活性下降。

二、材料與方法

（一）實驗材料

1、菌株：產纖維素酶菌株。

2、培養基：基礎發酵培養基（質量分數）：微晶纖維素2.0%，蛋白胨1.0%，KH?PO? 0.5%，MgSO??7H?O 0.2%，CaCl? 0.1%，pH自然（5.5-6.0）。

3、核心設備：博清生物三氣培養箱；高效液相色譜儀；紫外可見分光光度計。

（二）實驗設計

設置實驗組與對照組，每組3次重復，發酵周期72h。

1、實驗組：采用博清生物三氣培養箱，設定厭氧環境參數：O?＜0.5%，CO? 5%-8%，N?平衡；溫度30℃，濕度70% RH，轉速180r/min。

2、對照組：采用傳統厭氧培養罐，僅通入N?維持厭氧環境（O?＜1%），其他溫度、轉速等參數與實驗組一致。

（三）檢測指標與方法

1、菌株生物量測定：發酵液經離心（8000r/min，10min）后收集菌體，冷凍干燥至恒重，稱重計算生物量（g/L）。

2、纖維素酶活力測定：采用DNS法，以羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）為底物，在50℃、pH 4.8條件下反應30min，通過檢測還原糖生成量計算酶活力（U/mL）。

3、發酵液代謝指標檢測：采用HPLC檢測發酵液中葡萄糖、木糖等碳源殘留量，分析菌株碳代謝效率。

三、結果與分析

（一）菌株生物量變化

實驗組與對照組菌株生物量隨發酵時間的變化。在發酵72h時，實驗組生物量達到8.7g/L，較對照組（7.0g/L）提升23.6%。這一結果表明，博清生物三氣培養箱通過精準控制低氧環境（O?＜0.5%），有效避免了O?對厭氧菌株的抑制作用；同時，5%-8%的CO?濃度可促進菌株細胞壁合成與細胞分裂，顯著提升菌體繁殖效率。

（二）纖維素酶活力分析

發酵結束后，實驗組纖維素酶活力達到186.3U/mL，對照組為142.0U/mL，實驗組酶活力提升31.2%。進一步分析發現，實驗組酶活力提升主要源于兩方面：

1、穩定的氣體環境促進菌株產酶基因（如cbh1、egl1）的高效表達，增強酶合成能力。

2、適宜的CO?濃度調節發酵液pH穩定在5.5-6.0，為酶的合成與折疊提供最優pH環境，減少酶的變性失活。

（三）碳代謝效率對比

HPLC檢測結果顯示，實驗組碳源利用率達到92.3%，對照組為78.5%。這表明博清生物三氣培養箱調控的氣體環境可優化菌株代謝路徑，促進碳源向菌體生長與酶合成方向分配，減少無效代謝產物（如乙醇、乙酸）的積累，提升發酵整體效率。

四、討論

（一）三氣培養箱的調控機制對產酶的影響

本研究證實，厭氧發酵產酶過程中，氣體環境的調控需兼顧“低氧抑制消除”與“功能性氣體調控”。博清生物三氣培養箱的核心價值在于：

1、精準低氧控制：通過O?傳感器實時監測與反饋調節，將O?濃度穩定在0.5% 以下，徹底消除氧對厭氧代謝關鍵酶（如氫化酶、脫氫酶）的抑制。

2、CO?的雙向調控作用：一方面，CO?作為代謝調節劑，激活菌株產酶相關信號通路；另一方面，CO?溶解形成的碳酸緩沖體系，維持發酵液pH穩定，避免因pH波動導致的酶活性下降。

（二）研究局限性與未來方向

本研究僅以纖維素酶為研究對象，后續可拓展至淀粉酶、蛋白酶等其他工業酶制劑的制備研究。此外，未來可結合代謝組學與轉錄組學技術，深入解析氣體環境調控菌株產酶的分子機制，為三氣培養箱的參數優化提供更精準的理論依據。

博清生物科技（南京）有限公司研發的三氣培養箱可通過精準調控厭氧發酵體系中的O?、CO?濃度，為菌株生長與酶合成提供最優環境。與傳統厭氧培養設備相比，該設備可使產纖維素酶菌株生物量提升23.6%，酶活力提升31.2%，同時顯著提高碳源利用率。該研究結果表明，博清生物三氣培養箱在工業酶制劑的厭氧發酵制備中具有顯著應用價值，可作為高效、穩定的核心設備，為工業酶制劑的規模化生產提供技術支撐。