偏酸性菊粉酶产生菌株的筛选及其酶应用特性的研究

论文摘要

目前,有不少研究学者发现可直接利用菊芋替代玉米、大米等为原料生料发酵生产酒精,降低酒精生产的原料成本。菊芋在云南省许多地区多有栽种,它具有耐贫瘠、易种植、产量高,适应性强等有利优势。菊芋的块茎中含有大量的菊粉,菊粉可以在菊粉酶的作用下水解为果糖或者低聚果糖,是微生物发酵生产酒精的良好糖源,并且在饲料、食品及环境治理等领域具有广阔的应用前景。本课题采用富集培养的方法,成功分离筛选到产菊粉酶的优良菌株,并在此基础上,对该菌株进行了分类鉴定、发酵条件优化、酶学性质、酶水解产物以及以菊芋为原料利用菊粉酶生产酒精等方面的研究。（1）以菊粉为唯一碳源进行了富集培养,选取了产酶活力最高的SYS-1进一步研究。通过对菌株SYS-1培养特征、形态特征等方面的鉴定,确定该菌株为黑曲霉。（2）对该株的发酵产酶条件进行了优化,确定了优化的发酵条件为：麸皮5%,蛋白胨4%,（NH4）2HPO42%,NaCl 0.5%,K2HPO4 0.3%,菊粉2%,酵母膏4‰,初始pH6.0,接种量2.5%,装液量为60mL,在30℃摇瓶150rpm/min,发酵120h, SYS-1酶活力最高可达59.25U/mL。（3）对菌株SYS-1所产粗酶的酶学性质及酶水解产物进行了研究。该酶的最适温度为65℃,最适pH值为4.5,具有较好的耐热性和pH稳定性；在4℃贮存1周后仍有60%以上的残余酶活。Cu2+、Pb2+和Ag+、Hg2+严重抑制菊粉酶酶活力；另外,Fe3+Fe2+、Al3+抑制此酶；Ca2+、Mg2+对菊粉酶有明显激活作用,而K+、Zn2+对菊粉酶无明显激活或抑制作用；此外EDTA对菊粉酶活性无显著效应。菊粉酶的米氏常数为2.56mg/mL,最大反应速度为8.11mg/mL·min。通过薄层色谱对该酶水解产物分析得到,该酶为外切型菊粉酶,主要产物为果糖。（4）研究菊粉酶在以菊芋为原料发酵生产酒精的应用,通过单因子试验及正交试验,确定了以菊芋为原料发酵产酒精的最佳条件为：发酵时间24h,发酵温度40℃、菊粉酶添加量为20U/g, pH4.5,料水比为1：5.0,酵母添加量为2%,此工艺条件下发酵产酒精度达到8.9°。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 论文中使用的缩写词及中英文对照
• 第一章 绪论
• 1.1 菊粉简介
• 1.2 菊粉酶的研究现状
• 1.2.1 菊粉酶的定义
• 1.2.2 菊粉酶的来源
• 1.2.3 菊粉酶的分类
• 1.3 菊粉酶的研究进展
• 1.3.1 产菊粉酶菌种的分离筛选
• 1.3.2 菊粉酶活力的测定
• 1.3.3 菊粉酶性质和发酵生产的研究
• 1.3.4 菊粉酶的基因结构的研究
• 1.4 菊粉酶的应用前景
• 1.4.1 利用菊粉酶生产低聚果糖
• 1.4.2 利用菊粉酶生产高果糖浆
• 1.4.3 利用菊粉酶生产酒精
• 1.4.4 菊粉酶的固定化研究
• 1.4.5 其它方面的应用
• 1.5 菊粉酶在研究和扩大化生产中遇到的问题
• 1.6 本课题的选题依据及研究目的
• 1.7 研究内容
• 第二章 菊粉酶产生菌的分离筛选及菌株的初步鉴定
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.3 培养方法
• 2.1.4 酶活力的测定方法
• 2.2 实验试剂及仪器
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.3 偏酸性菊粉酶产生菌SYS-1菌株的初步鉴定
• 2.3.1 菌种的形态观察及初步鉴定
• 2.3.2 菌种生长状况的观察（结合中国真菌志等）
• 2.4 试验结果与分析
• 2.4.1 菌种筛选结果
• 2.4.2 果糖标准曲线的绘制（见图2.1）
• 2.4.3 SYS-1菌株的初步鉴定
• 2.4.4 菌株生长状况
• 2.5 本章小结
• 第三章 偏酸性菊粉酶SYS-1的发酵条件研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 菌种
• 3.1.2 培养基
• 3.1.3 菌株的发酵及粗酶液的制备
• 3.1.4 酶活的测定
• 3.1.5 酶活的定义
• 3.1.6 菌株发酵产酶条件的优化
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 碳源对菌株发酵产酶的影响
• 3.2.2 氮源对菌种产酶的影响
• 3.2.3 金属离子对菌株产酶的影响
• 3.2.4 初始pH对菌株发酵产酶的影响
• 3.2.5 接种量对菌株发酵产酶的影响
• 3.2.6 发酵时间对菌株发酵产酶的影响
• 3.2.7 发酵温度对菌株发酵产酶的影响
• 3.2.8 通气量对菌株发酵产酶的影响
• 3.2.9 正交实验优化产酶条件
• 3.2.10 正交实验的验证
• 3.3 本章小结
• 第四章 菊粉酶粗酶的酶学性质及酶解产物的研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 菌株
• 4.1.2 粗酶液的制备
• 4.1.3 菊粉酶活力的测定
• 4.1.4 菊粉酶粗酶的酶学性质的研究
• 4.1.5 菊粉酶酶解产物的薄层层析色谱分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 菊粉酶粗酶酶学性质的研究
• 4.2.2 菊粉酶酶解产物的薄层层析色谱分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 菊粉酶在以菊芋为原料发酵生产酒精中的应用
• 5.1 主要材料
• 5.1.1 菌种
• 5.1.2 菊芋
• 5.1.3 酿酒活性干酵母
• 5.2 主要方法
• 5.2.1 菊芋块根中几种成分的测定
• 5.2.2 乙醇的测定:采用酒精计法
• 5.2.3 固体曲的制备
• 5.3 主要仪器
• 5.4 工艺流程及操作要点
• 5.5 结果与分析
• 5.5.1 菊芋块茎中各种成分含量
• 5.5.2 各种因素对菊芋发酵产酒精的的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 总结
• 6.2 创新
• 6.3 后续的研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
• 致谢