论文部分内容阅读
壳聚糖物理与化学性质及潜在的多种生物活性,在食品工业、化学工业、农业与养殖业等方面具有广阔的前景。但壳聚糖低水溶性限制了其应用的开发。壳聚糖酶是一类能催化氨基葡萄糖间的β-1,4-糖苷键断裂,从而专一性降解壳聚糖的糖苷水解酶。壳寡糖作为壳聚糖水解产物,保留了壳聚糖的生理生化活性且具有良好的水溶性。酶解法制备壳寡糖具有低成本、低能耗、高产率等优点,目前制备壳寡糖的主要方法是酶解法。 本文所用壳聚糖酶生产菌株为本实验室分离筛选获得的一株浅玫瑰链霉菌(Streptomyces roseolus DH),具有产酶量高、发酵周期短及单一内切型酶等特点,有潜力成为工业化生产菌株。本实验研究该菌株的10L发酵罐发酵工艺,考察搅拌转速、通气量、接种量及种龄对发酵产壳聚糖酶的影响。在控制发酵条件不变的情况下,采用单因素试验分别考察搅拌转速、通气量、接种量及种龄对浅玫瑰色链霉菌发酵的影响。根据各因素对产酶的影响,确定10L发酵罐发酵工艺条件:搅拌转速250rpm,接种量3%,通气量2.0vvm,种龄OD600=0.8-1.0。发酵周期56小时,酶活力在52小时达到最高,为35.2±0.5U/mL。浅玫瑰色链霉菌在批次发酵过程中出现二次生长现象,第一次摄氧高峰菌体利用发酵液中易利用的碳源生长,第二次摄氧高峰为菌体在壳聚糖的诱导下产生壳聚糖酶分解利用壳聚糖生长。 通过分析发酵过程中菌体干重、摄氧速率及菌丝形态与酶活力的关系,提出补糖发酵工艺和补料工艺。补糖工艺能显著提高发酵液中的菌体量,从而提高发酵产酶。但过高的葡萄糖量可能会形成葡萄糖效应,影响菌株的产酶量。研究显示,与批次发酵相比,在发酵液中补加1%的葡萄糖,发酵液中菌体量增加了11.3%,酶活力增加了12%,其发酵周期56小时,酶活力在48小时达到最高,为39.4±0.5U/mL。在发酵稳定期补加发酵培养基,能有效增加发酵过程中产酶期时间,从而提高产酶。与批次发酵相比,补料发酵产酶期时间延长33.3%,发酵周期64小时,酶活力在60小时达到最高,为46.4±0.5U/mL,比批次发酵增长了32%。浅玫瑰色链霉菌发酵过程中菌丝变化明显。在批次发酵中,菌体在进入产酶期时菌丝密集旺盛,随着发酵时间的延长,菌体干重减少,菌丝减少且变细。稳定期补加发酵培养基,不仅能增加产酶期时间,在一定程度上维持了菌体的代谢强度和菌丝的生长。 考虑到浅玫瑰色链霉菌对剪切环境敏感,以体积传氧系数和搅拌叶片线速度为放大准则,根据发酵罐相似的几何尺寸,计算100L发酵罐发酵搅拌转速为120rpm,通气量0.8vvm。在此条件下,接入3%的对数后期种子发酵,发酵周期56小时,酶活力在48小时达到最大,为31.9±0.5U/mL。 利用实验过程中发酵粗酶液制备壳寡糖,产品颜色及溶解度良好,利用高效液相色谱分析壳寡糖成分显示,聚合度在4-6的壳聚糖糖含量占65%左右。这非常适合工业化生产对壳聚糖酶的需求。