降解酒糟纤维素菌株的筛选

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酒糟是我国传统饮料固态白酒生产的副产物,随着白酒行业的快速发展,酒糟排放量越来越大。酒糟中含有丰富的纤维素、菌体蛋白等组分,酒糟的资源化利用已引起了人们的高度关注。利用微生物降解纤维素与利用化学法降解纤维素相比具有效率高、无污染等优点,而筛选出高效降解纤维素的微生物是酒糟得到充分利用的关键。  本研究从农作物秸秆堆放处、森林、耕地及酒糟堆放处采集样品,利用富集培养方法,初步筛选出193株能够以CMC-Na为唯一碳源生长的微生物,通过多轮筛选得到了3株酶活力较高的菌株,编号分别为M2、M5、N53,其中菌株N53性能稳定,产酶效果最好,是一株具有应用潜力的纤维素降解菌株。通过对菌株 N53的菌落形态特征、菌丝形态特征观察及18s rDNA序列分析等手段,初步鉴定菌株N53为扩展青霉菌(Penicillium expansum),命名为Penicillium expansum N53。通过单因素实验及正交试验对菌株 N53液体发酵产纤维素酶的培养基组成和发酵条件进行了优化,确定菌株 N53摇瓶发酵生产纤维素酶的最优培养基组分为:30g/L碳源,酒糟与麸皮比值为8:2、豆粕粉20g/L、硫酸铵10g/L、KH2PO42g/L、CaCl2·2H2O0.8g/L、MgSO4.7H2O0.8g/L、ZnSO4·7H2O1g/L、FeSO4·7H2O0.04g/L、MnSO4·H2O0.2g/L。最优培养条件为:装液量40 mL/250 mL,接种量3%,初始pH8.0,培养温度30℃,摇床转速180 r/min,发酵时间96h,条件优化后菌株N53产纤维素酶的CMC-Na酶活可达11.658IU/mL,滤纸酶活可达0.161IU/mL。在液体发酵的基础上对菌株N53产纤维素酶的固体发酵条件进行了初步研究,确定菌株N53固体发酵生产纤维素酶最佳条件。在250mL三角瓶中装入5g固态培养基,麸皮添加量为50%、氮源为豆粕粉与硫酸铵,浓度分别为25g/L、10g/L,固液比为1:1.2,接种量6%,初始pH8.0,发酵时间72h,此时菌株N53产酶能力最高,其中CMC-Na酶活为60.79IU/g,滤纸酶活为1.605IU/g。对菌株N53产生的纤维素酶的性质进行了研究,结果表明该酶的最适反应温度为50℃,并且在30℃-60℃条件下稳定性较好,最适pH值为4.0-5.0,在pH5.0-7.0范围内稳定性较高。K+、Na+、Mg2+、Fe2+是纤维素酶激活剂,对酶促反应具有促进作用,其中Mg2+、Na+的激活作用比较明显,Cu2+、、Mn2+对纤维素酶的酶促反应具有抑制作用,其中 Cu2+的抑制作用较明显,而 Zn2+、Ca2+的添加对纤维素酶的酶活力影响不大。
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