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甘露聚糖酶(Mannanase)是一类能水解含有β-1,4-D-甘露糖苷键的甘露多糖的内切水解酶,属于半纤维素酶类,主要来源于微生物,植物和低等动物中。甘露聚糖酶在造纸,食品,饲料,制药和石油开采等很多方面有重要的应用价值。微生物则是产甘露聚糖酶的重要来源,微生物来源的甘露聚糖酶具有产量高、易控制和成本低等优点。它是一种有一定应用前景的新型工业用酶。目前存在发酵酶活性偏低的缺陷,导致其生产和应用成本高,限制了该酶的广泛应用。我国是啤酒生产的大国,啤酒的年产量稳居世界第一,因此啤酒废酵母的产量也牢牢占据世界第一的位置。酵母细胞壁中的主要成分为葡萄甘露聚糖,链的连接方式是α-1,6糖化酶苷键盘连接,侧链则通过α-1,2及α-1,3键连接,属于异甘露聚糖。能降解异甘露聚糖的甘露聚糖酶的研究极为稀少,目前国内外还未见到详细报道。因此,从事特殊甘露聚糖酶的研究和开发有着重要的意义和光明的前景。
本研究以广东、云南等地采集的土壤样品为实验材料,经过富集培养、分离纯化、选择性平板分离,筛选出98株产甘露聚酶的菌株,再经过平板水解圈初筛得到15株酶活力较高的菌株,经过摇瓶发酵产酶复筛,选出5株水解圈较大且酶活力较高的菌株,对这五株菌的产酶稳定性进行试验,选出一株产酶稳定性较好且酶活力较高的菌株,并对其进行了鉴定。随后进行单因素试验,分别研究了酵母细胞壁碳源浓度、氮源浓度、培养基初始pH、接种量、装液量、摇床转速以及培养温度和培养时间对菌株发酵产酶的影响。并在此基础上进行发酵产酶培养条件的正交优化试验,用以考察培养条件中各因素对菌株产酶能力的影响大小。
编号为F1-5的菌株是胞外甘露聚糖酶的高产菌株。采用菌株的个体和群体的形态观察、生理生化试验及16S rDNA系统发育分析手段进行鉴定,在互联网上与其它菌株的相关序列进行比对,最终确定菌株F1-5为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。Genbank注册号为FJ392725。通过单因素试验和正交优化试验,确定了枯草芽孢杆菌F1-5的最佳发酵产酶条件。酵母细胞壁碳源浓度为4.8%,氮源浓度为0.5%,培养基初始pH6.0,接种量为6%,装液量为60mL/250mL三角瓶,转速为180rpm,培养温度为35℃,在此发酵条件下发酵48h,枯草芽孢杆菌F1-5产生的甘露聚糖酶活力达330 U/mL,是优化前的3.4倍。正交试验结果表明四个因素对发酵液甘露聚糖酶活性影响强度大小为:装液量>培养温度>培养基初始pH>接种量。
本实验以啤酒废酵母细胞壁中的异甘露聚糖为原料,对能产生降解该糖的甘露聚糖酶的产生菌进行筛选,并对发酵产酶条件的进行研究,为以后利用啤酒废酵母实现工业化生产甘露低聚糖提供理论依据。并可以为甘露低聚糖的来源、啤酒废酵母的有效利用和减少啤酒工业带来的环境污染提供新的思路。