玉米秸秆糖化及同步糖化发酵产乳链菌肽的研究

【摘要】木质纤维素是最丰富的可再生资源，是人类低成本生产生物质产品和生物能源的重要资源。在我国，玉米秸秆是产量最大的农业废弃物。据悉，我国每年将有600万吨玉米秸秆产生。最近，由于木质纤维素水解产生还原糖，可被微生物利用生产乳酸和乙醇等产品受到了极大的关注。本文优化了木质纤维素酶解条件，并使用乳酸乳球菌进行同步糖化发酵生产乳链菌肽和乳酸。木质纤维素生物质转化为葡萄糖的效率是影响发酵过程的重要因素，而纤维素酶是木质纤维素转换化葡萄糖最为重要的水解酶，IUPAC纤维素酶活力测定的标准方法为纤维素酶系总的糖化能力，通过以滤纸为底物经纤维素酶水解后生成的葡萄糖的量表征，将酶与滤纸反应后用3mlDNS进行显色反应，总体系为4.5ml。为了高效准确的测定纤维素酶活力，本文使用96孔板法测定纤维素酶活力，将传统方法的滤纸酶活改为60μL体系加入96孔板中进行测定，分别测定来自8个不同厂家生产的纤维素酶。结果表明，96孔板法与标准方法的纤维素酶活测定结果没有显著差异，并且具有较高的精确度和可重复性。本研究中，对纤维素酶进行了复配提高葡萄糖转化率。通过单因素实验研究了纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、果胶酶、tween-80、PEG-6000、硫代硫酸钠及牛血清白蛋白的添加浓度对葡萄糖转化率的影响，得到纤维素水解率在纤维素酶浓度为5~35FPU/g范围内随着纤维素酶浓度增大而增加，其它复配物质最佳添加量分别为300μg/g、20μg/g、170μg/g、1.7μl/g、0.105%、0.75mg/ml、1mg/ml。利用响应面分析法进一步优化复配物质的添加量，得到当β-葡萄糖苷酶377μg/g、果胶酶171μg/g、硫代硫酸钠1mg/ml时，比只添加纤维素酶时葡萄糖转化率可提高46.25%。乳链菌肽是用途相当广泛的生物质产品，可由乳酸乳酸菌发酵生产得到。在上述研究的基础上，采用汽爆玉米秸秆作为底物，添加复配的纤维素酶使其水解产生可被微生物利用的单糖，利用Lactococcuslactissubsp.lactis进行同步糖化发酵，不仅可生产乳链菌肽，还能同时生产乳酸。本研究探究了Lactococcuslactissubsp.lactis需氧和厌氧两种发酵形式进行同步糖化发酵的发酵情况，并探索了pH值和底物浓度对乳链菌肽和乳酸产量的影响。结果显示，在需氧情况下发酵24h时，乳链菌肽的产量达到最大值5580IU/ml；在厌氧情况下，乳链菌肽的产量在同样的时间达到最大值，为5188IU/ml。通过初始pH值和底物浓度实验得到乳链菌肽生产的最佳初始pH值为5.5，最佳底物浓度为4%。
【作者】刘嘉婧；
【导师】任晓冬；
【作者基本信息】吉林大学，微生物与生化药学，2014，硕士
【关键词】玉米秸秆；纤维素酶复配；乳链菌肽；乳酸；同步糖化发酵；

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