β-甘露聚糖酶的生产及其酶法制备魔芋葡甘露低聚糖的研究

论文摘要

葡甘露低聚糖作为功能性低聚糖除了具有促进双歧杆菌的生长繁殖以外,还是唯一一种能与肠道中外源病菌结合的功能性低聚糖。它将有望成为抗生素的“替代品”。本论文研究了发酵培养基组成和发酵条件对黑曲霉Aspergillus niger E-56固态发酵产β-甘露聚糖酶的影响,大幅度提高了发酵酶活性,同时对魔芋葡甘露聚糖酶法水解工艺条件以及魔芋葡甘露低聚糖的精制工艺条件进行了研究,为指导酶的工业化生产和应用奠定了基础。首先以一株实验室保藏的β-甘露聚糖酶高产菌株黑曲霉Aspergillus niger E-56作为出发菌株,对其三角瓶固态发酵产酶条件进行了研究。通过单因素试验考察了培养基初始pH、有机氮源与有机碳源比、魔芋胶添加量、料水比对菌株E-56三角瓶固态发酵产酶的影响,获得黑曲霉E-56最优化发酵培养基组成为:250 mL三角瓶中装基料10 g（麸皮7.5 g +豆饼粉2.5 g）,魔芋胶0.4 g, KH2PO4 0.024 g,CaCl2 0.0125 g,MgSO4 0.0125 g,（NH4）2SO4 0.125 g,料水比为1 : 1.5,自然pH。最佳培养条件为:32℃静置培养84 h,期间于24 h翻曲1次。黑曲霉E-56菌株三角瓶固态发酵产β-甘露聚糖酶活性最高达42626 U/g干曲。以三角瓶优化发酵培养基及发酵条件为基础,对Aspergillus niger E-56曲盘发酵工艺条件进行了研究,获得了曲盘发酵适宜条件为:32℃静置培养72 h,期间发酵44 h后补加相当于基料15%的水,于24 h、44 h各翻曲一次,自然pH。在该条件下曲盘发酵产β-甘露聚糖酶最高酶活性可达33245 U/g干曲。采用Aspergillus niger E-56菌株所产β-甘露聚糖酶粗酶液（平均酶活性12000 U/mL）,研究了酶法水解魔芋葡甘露聚糖的工艺条件。单因素试验结果表明:酶解作用与酶的添加量、酶解时间、温度、pH值、魔芋胶浓度均有关,通过正交试验进一步确定了酶法水解魔芋胶制备葡甘露低聚糖的工艺条件。其最佳工艺条件为:魔芋胶浓度240 g/L（用去离子水配制）、酶解温度50℃、加酶量120 U/g魔芋胶、酶解时间8 h。测得酶解液平均聚合度（DP）值在1.8～1.9之间。魔芋胶酶解产物中添加2%酵母种子液,于28℃、24h进行发酵,去除了2.48%的单糖成分,得到魔芋葡甘露低聚糖粗糖液;采用正交试验法,用粉末活性炭对粗糖液进行脱色处理,比较粉末活性炭用量、脱色时间和脱色温度对脱色效果的影响。结果表明:粉末活性炭用量0.6%,脱色时间2 h,脱色温度50℃,脱色率达到65.68%,总糖收率为90.18%;糖液经颗粒活性炭柱处理后魔芋腥味消失;选择离子交换树脂吸附糖液中的盐离子,当离子交换树脂的用量为糖液体积的一倍时,脱盐率为97.73%,且去除糖液中离子的同时进一步去除了色素,脱色率为90.98%,总糖收率达88%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 立题背景
• 1.2 葡甘露低聚糖
• 1.2.1 葡甘露低聚糖的组成
• 1.2.2 葡甘露低聚糖的生理功能
• 1.3 酶法制备葡甘露低聚糖的国内外研究进展
• 1.3.1 葡甘露低聚糖的制备
• 1.3.2 β-甘露聚糖酶
• 1.3.3 葡甘露低聚糖的分离纯化
• 1.3.4 葡甘露低聚糖的应用
• 1.4 研究目的及内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 固态发酵法制备β-甘露聚糖酶
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 菌株
• 2.2.2 原料和试剂
• 2.2.3 主要仪器设备
• 2.2.4 培养基及培养条件
• 2.2.5 孢子悬液的制备
• 2.2.6 甘露糖标准曲线的制定
• 2.2.7 酶活性测定方法
• 2.2.8 曲料含水率的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 黑曲霉E-56 菌株产酶发酵条件的确定
• 2.3.2 黑曲霉E-56 菌株产酶培养基的单因素试验
• 2.3.3 曲盘发酵工艺条件试验
• 2.4 本章小结
• 第三章 魔芋葡甘露聚糖酶水解工艺条件研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 粗酶液
• 3.2.2 原料与试剂
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 魔芋胶总糖和游离还原糖含量
• 3.3.2 魔芋胶酶解条件单因素试验
• 3.3.3 魔芋胶酶解条件正交试验
• 3.4 本章小结
• 第四章 魔芋葡甘露低聚糖的精制工艺
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 化学试剂
• 4.2.3 试验设备
• 4.2.4 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 酶解产物酵母发酵前后定性检测
• 4.3.2 粉末活性炭脱色方案的比较
• 4.3.3 魔芋葡甘露低聚糖液的脱盐研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文