纤维素酶产生菌选育、固态发酵条件及性质研究

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本试验采用滤纸平板法从腐烂小麦秆、玉米秆、稻草和腐熟牛粪四种分离源中分离出83株产纤维素酶菌株,与本实验室保存的T9(绿色木霉)和A8(黑曲霉)一起进行筛选;对筛选所得4株酶活较高菌株F1、F2、A8及T9在小麦、玉米及水稻秸秆粉固态基质发酵产物中的FPA、CMCA及BGA活性的动态变化进行分析研究;对四株菌中表现良好的F2和A8菌株进行紫外线诱变,获得两株酶活较高的优良突变株;对两个突变株及其出发菌株的纤维素酶固态发酵条件进行了正交优化,并对两突变株纤维素酶的部分酶学性质及最佳比例组合酶的水解纤维素能力进行了研究。结果表明:1.F1、F2、T9和A8是4株分解纤维素能力较强的野生真菌,毒性试验初步表明这4株菌对实验动物无毒害作用。2.在稻草、麦秆及玉米秆三种固态发酵基质中,F1、F2、T9和A8菌株纤维素酶三组分活力随发酵时间的变化趋势基本相似。除A8在稻草基质和F2在玉米秆粉基质上的FPA峰值分别为120h和48h外,其它菌株的三种酶活力在72~96h达峰值。从发酵时间96h的三种酶活力来看,在稻草基质中,除A8菌株的CMCA稍低于F2和T9菌株外,A8和F2菌株的FPA和BGA均高于T9和F1菌株;在麦秆基质中,A8和F2菌株的FPA、CMCA及BGA均高于F1和T9菌株;在玉米秆基质中,A8菌株的FPA和CMCA远大于其他三株菌,而F1菌株和F2菌株的三种酶活力数值相近。对同一菌株而言,以稻草为发酵基质的酶活力最高,麦秆次之,玉米秆较差。3.以A8和F2菌株为出发菌株,置于30W紫外灯下25cm处照射,采用微晶纤维素双层平板分离,PDA平板纯化,以纤维素酶三种组分为指标,进行突变株的初筛和复筛,获得UA8-Ⅰ2-2和UF2-Ⅱ6-2两株优良突变株,其FPA、CMCA及BGA分别为10.63、36.1及62.25IU/g和8.6、46.02及19.56IU/g,较出发菌株分别提高40.3%、78.7%及65.1%和26.3%、18.2%及43.6%。4.培养基组成对纤维素酶活性有一定影响。A8和F2菌株在稻草与麸皮比例分别为7∶3和6∶4时达最大酶活;采用油渣作为氮源,虽酶活稍次于无机氮源,但菌体<WP=4>生长迅速,对工业生产有利;1g/L吐温-80、NaAc和Vc对产酶有一定促进作用,Ca、Fe、Mg、Mn的二价盐类对两菌株纤维素酶活力无明显影响。5.采用固态发酵基础培养基,在接种方法、接种量及培养温度相同的条件下,以水料比、发酵时间、油渣及KH2PO4添加量为4个试验因素,各因素均设3个水平,采用L9(34)方案分别对出发菌株A8和F2及突变株UA8-Ⅰ2-2和UF2-Ⅱ6-2的固态发酵条件进行优化。结果表明,水料比和发酵时间对产酶影响较大。A8和F2菌株最优发酵条件分别为:水料比3,发酵时间4d,油渣3%,KH2PO4 1.5%和水料比3,发酵时间4d,油渣5%,KH2PO4 1%;突变株UA8-Ⅰ2-2和UF2-Ⅱ6-2的最优发酵条件分别为:水料比3.5,发酵时间5d,油渣3%,KH2PO4 1.5%和水料比3.5,发酵时间5d,油渣1%,KH2PO4 1%。6.突变株UA8-Ⅰ2-2和UF2-Ⅱ6-2所产纤维素酶三种组分最适酶促反应pH均为4.8,最适反应温度为60℃。UA8-Ⅰ2-2菌株酶组分在pH3.5~7.0之间稳定性较好,pH值为3.0时,其三种酶组分残余活力均在77%以上。UF2-Ⅱ6-2与UA8-Ⅰ2-2基本类似。两菌株在35~60℃范围内,酶的稳定性较好。且抗胃蛋白酶降解能力较强。7.突变株发酵产物中含有活性较高的淀粉酶和中性蛋白酶,UA8-Ⅰ2-2的酸性蛋白酶活性较高。这些辅助酶与发酵产物中的纤维素酶共同作用,可促进饲料中淀粉及蛋白质的酶解和消化吸收,提高饲料利用率。8.将突变株UA8-Ⅰ2-2和UF2-Ⅱ6-2的粗酶制剂以8∶2混合,其FPA比原菌株UA8-Ⅰ2-2和UF2-Ⅱ6-2粗酶制剂分别提高56.7%和191%;CMCA提高49.4%和14.9%,BGA提高26.0%和346.9%;将两菌株固态发酵产物以适当比例组合,可使两菌株的三种酶组分优势互补,使酶组分之间的协同作用得以充分发挥。9.将两突变株发酵5d所得粗酶制剂以最佳比例混合,以混合粗酶制剂总量占麦秆干重为2%、3%、4%及5%,在pH 4.8,45℃,麦秆5g,水料比为20条件下分别进行水解麦秆粉(未预处理)试验。结果表明,粗酶制剂加入量为2%,水解24h,粗酶制剂的得糖率可达960mg/g;粗酶制剂加入量为3%,水解24h,糖化率达3.71%。
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