一、工业酶制剂与厌氧发酵技术

工业酶制剂作为生物制造领域的核心催化剂，广泛应用于食品、医药、能源等行业。厌氧发酵因能耗低、副产物少等优势，成为工业酶制剂制备的主流技术之一。然而，厌氧发酵过程中微生物对环境敏感性极高，气体组分（O₂、CO₂）、温度、pH等参数的微小波动均会影响菌株代谢路径，导致酶产量与活性下降。

二、材料与方法

（一）实验材料

1、菌株：产纤维素酶菌株。

2、培养基：基础发酵培养基（质量分数）：微晶纤维素2.0%，蛋白胨1.0%，KH₂PO₄ 0.5%，MgSO₄・7H₂O 0.2%，CaCl₂ 0.1%，pH自然（5.5-6.0）。

3、核心设备：博清生物三气培养箱；高效液相色谱仪；紫外可见分光光度计。

（二）实验设计

设置实验组与对照组，每组3次重复，发酵周期72h。

1、实验组：采用博清生物三气培养箱，设定厌氧环境参数：O₂＜0.5%，CO₂ 5%-8%，N₂平衡；温度30℃，湿度70% RH，转速180r/min。

2、对照组：采用传统厌氧培养罐，仅通入N₂维持厌氧环境（O₂＜1%），其他温度、转速等参数与实验组一致。

（三）检测指标与方法

1、菌株生物量测定：发酵液经离心（8000r/min，10min）后收集菌体，冷冻干燥至恒重，称重计算生物量（g/L）。

2、纤维素酶活力测定：采用DNS法，以羧甲基纤维素钠（CMC-Na）为底物，在50℃、pH 4.8条件下反应30min，通过检测还原糖生成量计算酶活力（U/mL）。

3、发酵液代谢指标检测：采用HPLC检测发酵液中葡萄糖、木糖等碳源残留量，分析菌株碳代谢效率。

三、结果与分析

（一）菌株生物量变化

实验组与对照组菌株生物量随发酵时间的变化。在发酵72h时，实验组生物量达到8.7g/L，较对照组（7.0g/L）提升23.6%。这一结果表明，博清生物三气培养箱通过精准控制低氧环境（O₂＜0.5%），有效避免了O₂对厌氧菌株的抑制作用；同时，5%-8%的CO₂浓度可促进菌株细胞壁合成与细胞分裂，显著提升菌体繁殖效率。

（二）纤维素酶活力分析

发酵结束后，实验组纤维素酶活力达到186.3U/mL，对照组为142.0U/mL，实验组酶活力提升31.2%。进一步分析发现，实验组酶活力提升主要源于两方面：

1、稳定的气体环境促进菌株产酶基因（如cbh1、egl1）的高效表达，增强酶合成能力。

2、适宜的CO₂浓度调节发酵液pH稳定在5.5-6.0，为酶的合成与折叠提供最优pH环境，减少酶的变性失活。

（三）碳代谢效率对比

HPLC检测结果显示，实验组碳源利用率达到92.3%，对照组为78.5%。这表明博清生物三气培养箱调控的气体环境可优化菌株代谢路径，促进碳源向菌体生长与酶合成方向分配，减少无效代谢产物（如乙醇、乙酸）的积累，提升发酵整体效率。

四、讨论

（一）三气培养箱的调控机制对产酶的影响

本研究证实，厌氧发酵产酶过程中，气体环境的调控需兼顾“低氧抑制消除”与“功能性气体调控”。博清生物三气培养箱的核心价值在于：

1、精准低氧控制：通过O₂传感器实时监测与反馈调节，将O₂浓度稳定在0.5% 以下，彻底消除氧对厌氧代谢关键酶（如氢化酶、脱氢酶）的抑制。

2、CO₂的双向调控作用：一方面，CO₂作为代谢调节剂，激活菌株产酶相关信号通路；另一方面，CO₂溶解形成的碳酸缓冲体系，维持发酵液pH稳定，避免因pH波动导致的酶活性下降。

（二）研究局限性与未来方向

本研究仅以纤维素酶为研究对象，后续可拓展至淀粉酶、蛋白酶等其他工业酶制剂的制备研究。此外，未来可结合代谢组学与转录组学技术，深入解析气体环境调控菌株产酶的分子机制，为三气培养箱的参数优化提供更精准的理论依据。

博清生物科技（南京）有限公司研发的三气培养箱可通过精准调控厌氧发酵体系中的O₂、CO₂浓度，为菌株生长与酶合成提供最优环境。与传统厌氧培养设备相比，该设备可使产纤维素酶菌株生物量提升23.6%，酶活力提升31.2%，同时显著提高碳源利用率。该研究结果表明，博清生物三气培养箱在工业酶制剂的厌氧发酵制备中具有显著应用价值，可作为高效、稳定的核心设备，为工业酶制剂的规模化生产提供技术支撑。