高产纤维素酶菌株选育、过程优化及诱导物筛选

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:carpplolo
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在木质纤维素燃料乙醇的生产过程中,利用纤维素酶将原料转化成微生物可发酵利用的糖是一个关键和限速步骤。由于纤维素酶的成本过高使得燃料乙醇的成本仍然很高,开发酶活高、成本低的纤维素酶尤为重要。选育高产纤维素酶菌株,优化发酵产酶培养基以及筛选廉价诱导物均能有效降低成本。本文以里氏木霉Rut-C30(Trichoderma reesei Rut-C30)为出发菌株,选用廉价的工业纤维素为诱导物,并对液体深层发酵培养基进行优化。采用响应面分析法中的三因素五水平的中心组合设计,以工业纤维素、麦麸、大豆粉浓度作为三个因素,在五个水平协同考虑,由此对滤纸酶活进行分析。优化后获得最佳培养基组成为:工业纤维素35.62g/L、麦麸19.37g/L、大豆粉38.49g/L,在该最佳培养基配比条件下,滤纸酶活达到9.13IU/mL,比优化前提高了1.72倍,其中葡萄糖苷酶酶活提高了88.97%。为了进一步提高菌株产纤维素酶能力,采用物理-化学组合诱变法处理T. reeseiRut-C30。将其用甲基磺酸乙酯处理24h,再经等离子体照射5mmin,随后通过两轮诱变及不同培养基筛选,得到一株产酶能力较高的突变株T. reesei D-7口一株葡萄糖耐性较好的突变株T. reesei E-3。其中,T. reesei E-3在添加30g/L葡萄糖的培养基中产酶能力没有受到影响。在此基础上筛选确定T. reesei D-7发酵产酶培养基的最佳碳源、氮源分别为微晶纤维素和酵母浸粉,并进一步运用中心组合设计原理,对T. reesei D-7发酵产酶培养基进行响应面分析和优化。以微晶纤维素、酵母浸粉、麦麸浓度为影响因素,滤纸酶活为响应值,确定最佳培养基组成为:微晶纤维素39.48g/L、麦麸20.83g/L、酵母粉29.27g/L,该培养基条件下滤纸酶活达到11.85IU/mL,相比原始菌株提高了29.79%。通过实验确定α-淀粉酶酶解玉米淀粉制备的低聚糖可以诱导T. reesei D-7产纤维素酶。实验结果表明,当培养基中添加39.48g/L低聚糖,滤纸酶活为471IU/mL,而当以20g/L低聚糖和30g/L微晶纤维素混合作为碳源时,产酶最高为15.62IU/mL,相比只添加微晶纤维素,酶活提高了31.81%。酶法制备的低聚糖成本低廉,能诱导产生较高的酶活,降低了产酶成本。产酶发酵液经固液分离后可直接用于酶解生物质。为了更好地评价发酵粗酶液的酶解性能,进一步研究了粗酶液对玉米秸秆的酶解效果。本文采用稀碱处理玉米秸秆,当原料在121℃、固液比1:20,以2%(w/v)NaOH处理45min时,固体物料的纤维素含量达64.94%,发酵粗酶液酶解后纤维二糖和葡萄糖浓度分别为10.65、23.51g/L,酶解得率最高为94.68%。
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