第二章 文獻回顧
第三節 各種裂解纖維素之水解微生物
纖維素不溶於水且架構穩定難以分解。一般植物成份內不僅只含纖維素，
還包含半纖維素及木質素等主要成分，因此利用植物原料產生氫氣的過程中 需先適當的前處理方法處理半纖維素及木質素後，再進行纖維素水解醣化及 醱酵作用，最後產生氫氣。而纖維素酵素水解是經由纖維素分解微生物，將 不溶解性纖維素轉換成可溶解性醣類（主要醣類為纖維雙醣及葡萄糖）。圖 2-1為微生物藉由cellulose附著在纖維素上並進行分解與代謝的過程。在自然 界中可以分泌纖維水解脢之微生物，包括細菌與真菌（Fungi）。這些微生 物可能是好氧的（Aerobic）或厭氧的（Anarerobic）、中溫的（Mesophilic）
或高溫的（Thermophilic）々表2-4、2-5為纖維素水解微生物種類。不同微生 物合成之纖維水解脢組成結構不同，對纖維素之水解能力也不同。細菌為單 細胞生物，能獨立生存與增殖，其中可產製屬纖維水解脢者，包括Clostridium
、
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Cellulomonas
、
Bacillus、
Thermomonospora、
Ruminococcus、
Bacteriodes、
Erwinia、
Acetovibrio、
Microbispora與Streptomyces。目前，以Cellulomonas fimi 與Thermomonospora fusca之研究與應用最多。雖然可水解纖維素之細菌，特 別是厭氧菌如Clostridium thermocellum 與Bacteroides cellulosolvens所產製 之纖維水解脢具有較高之活性（Duff & Murray, 1996々Sun & Cheng, 2002），其生長環境，Clostridium thermocellum JW20可生長在纖維素、木質素中，而 Clostridium thermocellum生長在纖維素中的一個特徵是會產生一種黃色色素 物質（Ljungdahll & Erikssonk, 1985）。除此之外，亦可生長在葡萄糖、果糖、
木糖中。在最適生長環境方面，pH約介於6.1-7.5之間，溫度為28-69℃間，
而當以纖維素及半纖維素為基質時，其生長的適應時間分別為6.5 hrs及2.5 hrs。而Clostridium cellulolyticum在pH 7.5、溫度35℃時，有最佳的生長狀況。
王馨怡(2006)的研究中指出乳牛所排放出之糞便中，培養出能降解纖維 素產生乙醇的嗜熱厭氧穩定菌群。研究菌群以濾紙為纖維素基質，其最佳乙 醇生成溫度55-60℃左右及最佳pH 7.7，乙醇的產率約為0.29g ethanol/g cellulose。黃倩毓（2008）以油菜及油菜籽粕為基質時，都在水解菌/醱酵產 氫菌配比均為1/4，也有最佳的產氫率，以油菜組為基質產氫率為0.441 mmole H2/g-CODin 々以油菜籽粕組為基質之產氫率為1.10 mmole H2/g-CODin。
由以上文獻可以得知，利用水解纖維素的微生物菌種，可以得到較好的 纖維素水解，本研究將嘗試以不同水解菌與蔗渣基質以了解何種操作條件有 較佳水解效果及產氫效率 。
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表2-4 目前已知可分解纖維素之厭氧性微生物 Anaerobes / Facultative aerobes
Acetivibrio cellulolyticus
Bacteroides (Fibrobacter) succinogenes Bacteroides cellulosolvens
Bacteroides xylanolyticus Butyrivibrio fibrisolvens Caldocellum saccharolyticum Clostridium acetobutylicum Clostridium cellobioparum Clostridium cellulolyticum Clostridium cellulovorans Clostridium josui
Clostridium papyrosolvens Clostridium stercorarium Clostridium thermocellum Clostridium thermocopriae Erwinia carotovora
Erwinia chrysanthemi
Eubacterium (cillobacterium) cellulosolvens Micromonospora propionici a
Micromonospora ruminantium a Pseudonocardia thermophila Ruminococcus albus
Ruminococcus flavefaciens
Thermoanaerobacter cellulolyticus
a No longer recognized as true members of genus, or by this name or by inclusion in
Bergey’s Manual (1984-1989).
資料來源〆Bergey, David, Krieg, Moeir & John (2001)
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表2-5 目前已知可分解纖維素之好氧性微生物 Aerobes / Facultative anaerobes
Acidothermus cellulolyticus Cytophaga johnsonae
Actinoplanes brasiliensis Cytophaga krzemieniewskae a Actinoplanes phillipinensis Cytophaga pectinovora Actinopolyspora halophila Cytophaga rubra a Archangium spp. Cytophaga tenuissima a Arthrobacter spp. Cytophaga winogradskii a
Bacillus brevis Frankia sp
Bacillus cereus Herpetosiphon geysericolus Bacillus coagulans Microbispora bispora
Bacillus firmus Micromonospora aurantiaca a Bacillus licheniformis Micromonospora chalcae Bacillus pasteurii Micromonospora inositola Bacillus polymyxa Micromonospora melanosporea Bacillus pumilus Micromonospora olivasterospora Bacillus stearothermophilus Polyangium spp.
Bacillus substilus Pseudomonas fluorescens var. cellulosa Cellulomonas biazotea Pseudomonas solanacearum
Cellulomonas cellulans (formerly C. cartae) Serratia marcescens Cellulomonas cellasea Sorangium spp.
Cellulomonas fermentans a Sporocytophaga myxococcoides Cellulomonas fimi Staphylococcus saprophyticus Cellulomonas flavigena Streptomyces albogriseolus Cellulomonas gelida Streptomyces celluloflavus Cellulomonas turbata a Streptomyces cellulosae Cellulomonas uda Streptomyces flavogriseus Cellvibrio flavescens a Streptomyces lividans Cellvibrio fulvus a Streptomyces nitrosporeus Cellvibrio gilvus a Streptomyces olivochromogenes Cellvibrio mixtus a Streptomyces thermodiastaticus Cellvibrio ochraeus a Streptomyces thermovulgaris Cellvibrio viridus a Streptomyces viridosporus Cellvibrio vulgaris a Thermoactinomyces cellulosae Corynebacterium michiganense Thermomonospora curvata Cytophaga aprica Thermomonospora fusca Cytophaga aquatilis Xanthomonas albilineans Cytophaga aurantiaca Xanthomonas campestris Cytophaga hutchinsonii
a No longer recognized as true members of genus, or by this name or by inclusion in Bergey’s
Manual (1984-1989).
資料來源〆Bergey, David, Krieg, Moeir & John (2001)
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圖2-1 微生物藉由 cellulose 附著在纖維素上並進行分解與代謝 (Haigler & Weimer, 1991)
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