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混合发酵产纤维素酶研究

胡明明  
【摘要】:纤维素酶是一种能将纤维素类物质降解成单糖或多糖化合物的多组分复合酶系,其主要由葡聚糖内切酶、葡聚糖外切酶和β-葡萄糖苷酶组成。纤维素酶广泛应用于纺织、畜牧、食品、能源等行业,其酶系全面和生产成本控制一直受到相关产业和研究工作者的高度重视。本论文从多菌种混合发酵技术思路探讨纤维素酶的生产问题,主要研究内容及结果如下: (1)混合菌发酵组合的确定。测定实验室保藏的20株纤维素酶产生菌葡聚糖内切酶(CMC酶)、β-葡萄糖苷酶(β-G酶)和滤纸酶活(FPA酶)能力,根据酶系互补原则选取某些酶活较高的菌进行组合,混合发酵。最后得到了一个纤维素酶酶系较全酶活较高的组合白腐菌(White-rot fungi) NS75和黑曲霉(Aspergillus niger)NS83,它们混合发酵产CMC酶活、β-葡萄糖苷酶酶活和FPA酶活分别达到174.0U/mL、252.7U/mL和52.0U/mL。 (2)混合菌液态发酵研究。对白腐菌(White-rot fungi) NS75和黑曲霉(Aspergillus niger)NS83混合液态发酵条件进行了研究,结果表明,当培养基成分麸皮25g/L、蛋白胨15g/L、吐温-800.3%,接种比(V/V)3:1、初始pH5.0、温度30℃、200r/min培养5d, CMC酶活达到252.3U/mL、β-G酶活335.7U/mL, FPA酶活64.3U/mL。 (3)以稻草粉为主要基质的固态混合发酵研究。以农业稻草粉为主要原料,对白腐菌(White-rot fungi) NS75和黑曲霉(Aspergillus niger)NS83进行固态混合发酵产纤维素酶进行研究。混合菌固态发酵与单菌固态发酵实验结果比较表明,混合菌发酵产生的纤维素酶总体酶活明显高于单菌种发酵,其β-G酶活较白腐菌NS75单菌发酵提高了120.9%;CMC酶活比黑曲霉NS83单菌发酵提高了140.8%。单因素实验和正交实验结果表明,当稻草粉麸皮质量比为9:1,料水比为1:2,白腐菌NS75与黑曲霉NS83的接种比例为1:1(v/v),于30℃,培养第3d开始搅拌,每天搅拌一次,培养5d,稻草粉基混合菌发酵产纤维素酶中CMC酶活达到16650U/g,β-G酶活为16108U/g、FPA酶活为3164U/g。 (4)混合菌产纤维素酶酶学性质研究。研究了纤维素酶粗酶液催化底物水解反应的最适温度、pH,以及葡萄糖、纤维二糖的影响,考查了Zn2+、Ca2+、 K+、Co2+、Fe2+和Mn2+的影响,结果表明:混合菌产纤维素酶的酶反应最适温度为60℃,最适pH为5.0;葡萄糖对CMC酶和β-G酶有抑制作用,纤维二糖对CMC酶有抑制作用,少量的纤维二糖对β-G酶有促进作用。金属离子Zn2+对CMC酶和β-G酶有抑制作用,Ca2+、K+、Co2+和Fe2+均对CMC酶活和β-G酶活有强化作用。


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