黑曲霉SL-05固态发酵苹果渣产木聚糖酶、纤维素酶、甘露聚糖酶的研究

论文摘要

木聚糖、β-甘露聚糖和纤维素是植物细胞壁的主要成分,广泛而大量地存在于自然界中,是地球上最为丰富的可再生的生物聚合物。从高效和环保的角度出发,纤维素和半纤维素被彻底分解且无污染的一条有效的途径便是利用酶的水解作用。β-甘露聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶在食品、医药、纺织、洗涤剂、造纸、饲料、石油开采等方面具有广泛的应用前景。近年来,β-甘露聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶的研究与开发已引起了人们的高度关注。本文以工农业废料苹果渣为基料,对β-甘露聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶固态发酵工艺条件以及部分酶学性质进行了系统的研究,为我国工业用酶的开发提供新的思路与途径。主要研究结果如下:1、以苹果渣为基础碳源,通过单因素试验和统计学试验设计,采用回归分析研究了黑曲霉SL-05固态发酵产β-甘露聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶的工艺条件,确定了菌株SL-05发酵产酶的最佳培养基:甘露聚糖酶,棉粕和苹果渣比例1:1、尿素2%、葡萄糖2%、KH2PO4 0.12%、含水率60%;木聚糖酶,棉粕和苹果渣比例1:1、尿素2%、葡萄糖2%、KH2PO4 0.06%、含水率65%;纤维素酶,棉粕和苹果渣比例1:1、尿素2%、葡萄糖2%、KH2PO4 0.09%、含水率62%。在最佳条件下,获得了酶活分别为296、6347、66032 U/g的甘露聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶高酶活发酵干曲,比基础培养基分别提高了61%、49%、53%。2、研究了发酵过程中,甘露聚糖酶、木聚糖酶、纤维素酶的酶活、糖、总蛋白、精蛋白、pH、干重失重率、氨基酸含量随时间的变化规律。结果显示:最佳的培养时间为48 h,此时未见孢子生成,酶活值已经达到了较高水平。发酵过程中,酶的分泌阶段24-48 h是菌体旺盛生长阶段,此时还原糖、总糖随着酶的分泌而被消耗,精蛋白明显增长,培养基的pH降低,干重失重率成大幅度提高。此后,酶活上升趋势下降。发酵前后氨基酸含量比较可以得出,发酵后大部分氨基酸含量增加,特别是几种常见限制性氨基酸:赖氨酸、蛋氨酸、组氨酸,64 h时比灭菌前分别分别提高了38%、85%、69%。3、试验对黑曲霉木聚糖酶和纤维素酶的部分酶学性质做了研究,对β-甘露聚糖酶的酶学性质做了详细研究。结果表明β-甘露聚糖酶、木聚糖酶和纤维素酶均为酸性酶,最佳反应pH分别为5.0、5.0、4.5,在pH3.5-6.0范围内处理6 h和1 h残余酶活均保持在85%以上;三个酶的最适反应温度分别是80℃、55℃、75℃,β-甘露聚糖酶和纤维素酶热稳定性较好,β-甘露聚糖酶50℃处理6 h、纤维素酶60℃处理30 min后剩余酶活都保持在80%以上,而木聚糖酶60℃处理30 min后残余酶活只剩下17.35%。对甘露聚糖酶的动力学研究求得酶促反应的Km和Vmax分别是0.083μmol/mL、166.67μmol/min。试验还研究了金属离子对甘露聚糖酶的影响,结果表明,Fe2+、Fe3+、Mg2+对酶活有激活作用,Fe2+的激活作用最为显著,可达127%,Cu2+对甘露聚糖酶的酶活有明显的抑制作用（91%）,Ca2+在浓度为0.5 mM时激活,在浓度为1.0 mM时抑制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 1 引言
• 1.1 纤维素酶
• 1.1.1 纤维素的结构
• 1.1.2 纤维素酶研究现状
• 1.1.3 纤维素酶的分类、作用机理
• 1.1.4 纤维素酶应用
• 1.1.4.1 纤维素酶在食品中的应用
• 1.1.4.2 饲料工业中的应用
• 1.1.4.3 在纺织工业上的应用
• 1.1.4.4 在洗涤剂工业中的应用
• 1.1.4.5 在废纸脱墨中的应用
• 1.1.4.6 在地质钻井中的应用
• 1.2 木聚糖酶
• 1.2.1 木聚糖的结构
• 1.2.2 木聚糖酶的分类
• 1.2.3 木聚糖酶催化反应的机理
• 1.2.4 木聚糖酶的应用
• 1.2.4.1 木聚糖酶在食品工业中的应用
• 1.2.4.2 木聚糖酶在造纸工业中的应用
• 1.2.4.3 木聚糖酶在饲料工业中的应用
• 1.2.4.4 其它方面的应用
• 1.3 甘露聚糖酶
• 1.3.1 甘露聚糖的结构
• 1.3.2 甘露聚糖酶的分类
• 1.3.3 甘露聚糖酶的研究现状
• 1.3.4 甘露聚糖酶的应用
• 1.3.4.1 甘露聚糖酶在饲料行业的应用
• 1.3.4.2 在食品行业中的应用
• 1.3.4.3 在生物脱胶的应用
• 1.3.4.4 其他方面的应用
• 1.4 本研究的目的及意义
• 2 材料与方法
• 2.1 材料、试剂及培养基
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 基础培养基
• 2.2 测定方法
• 2.2.1 酶活测定方法
• 2.2.2 酶活力单位定义
• 2.2.3 其它指标的测定
• 2.3 试验设计和数据处理
• 2.3.1 单因素试验设计
• 2.3.2 Plackett-Burman （PB）试验设计
• 2.3.3 二次正交旋转试验设计
• 2.3.4 浅盘扩大试验
• 2.4 粗酶性质的研究
• 2.4.1 pH 值对酶活的影响
• 2.4.2 酶的pH 值稳定性
• 2.4.3 温度对酶活的影响
• 2.4.4 酶的热稳定性
• 2.4.5 甘露聚糖酶动力学曲线
• 2.4.6 不同金属离子对甘露聚糖酶的影响
• 3 结果与讨论
• 3.1 单因素试验结果
• 3.1.1 氮源对产酶的影响
• 3.1.2 苹果渣和棉粕配比对甘露聚糖酶的影响
• 3.1.3 外加C 源及含量对产酶的影响
• 3.1.4 外加N 源及含量对产酶的影响
• 3.2 产酶培养基优化的 Plackett-Burman 试验
• 3.3 二次回归的正交旋转组合试验设计
• 3.4 浅盘验证试验
• 3.5 各指标随培养时间的变化关系
• 3.5.1 酶活随培养时间的变化关系
• 3.5.2 发酵过程中各指标随培养时间的变化关系
• 3.5.3 发酵前后氨基酸成分的变化
• 3.6 酶学性质的研究
• 3.6.1 甘露聚糖酶酶学性质的研究
• 3.6.1.1 甘露聚糖酶的最适温度
• 3.6.1.2 甘露聚糖酶的最适pH
• 3.6.1.3 甘露聚糖酶的热稳定性
• 3.6.1.4 甘露聚糖酶的pH 稳定性
• 3.6.1.5 甘露聚糖酶的动力学曲线
• 3.6.1.6 金属离子对甘露聚糖酶活的影响
• 3.6.2 木聚糖酶和纤维素酶酶学性质的研究
• 3.6.2.1 pH 值对酶活的影响
• 3.6.2.2 酶的pH 值稳定性
• 3.6.2.3 温度对酶活的影响
• 3.6.2.4 酶的热稳定性
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况