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我国每年从禽畜加工厂产生大量角蛋白废弃物,它们大多未被充分利用,有的甚至污染环境,造成公害。羽毛角蛋白是一种丰富的饲料蛋白来源,其不能被胃蛋白酶等一般蛋白酶所降解;而用物理化学方法处理又造成环境污染等问题。因而利用具有角蛋白降解活性的微生物来改善羽毛角蛋白的营养价值和将有机废弃物资源化是一种既可保护环境又可提供禽畜饲料蛋白的良好方法,具有无可比拟的优势和广阔的应用前景。
本课题从本实验室保藏的高效角蛋白降解菌株出发,对链霉菌B221进行了发酵条件的优化研究,确定了液体发酵条件,并对该菌株所产的角蛋白酶粗酶的酶学特性进行了研究,为利用微生物手段降解角蛋白资源奠定了基础。得到以下结论:
1.研究了链霉菌B221液体发酵培养条件,获得其最佳发酵培养基为:羽毛粉2.0、K2HPO40.15g,MgSO4·7H2O0.0025g,CaCl20.0025g,FeSO4·7H2O0.0015g,ZnSO4·7H2O0.0005g,5mmol/L Mg2+,pH9.0。
2.对菌株的发酵条件进行了优化,着重考察了接种量、起始pH值、温度和装液量的影响。确定的最适摇瓶发酵条件为:接种量2%,装液量50ml/250ml,摇床转速130rpm,pH9.0、培养温度40℃。在此条件下发酵72h,碱性蛋白酶的发酵单位可达52.3U/mL。在该发酵条件下,链霉菌B221的产酶能力及降解羽毛能力显著高于未优化发酵条件。
3.对角蛋白粗酶进行了性质测定。当以羽毛粉为底物时,其pH作用范围为6.0~10.0,最适pH为9.0。其温度作用范围为30~50℃,最适作用温度为40℃。此外,该酶在pH6.0~10.0的范围内稳定,在30~50℃范围内稳定。角蛋白酶为诱导酶,外加碳源、氮源对该酶有抑制作用,以羽毛为唯一碳源、氮源更有利于酶的生成。
4.研究了无机离子对发酵产酶的作用:Na+对产酶略有促进作用,K+、Mg2+、Fe3+对产酶有较大的促进作用;而Cu2+、Zn2+、Cr3+有明显抑制作用。
5.对液体发酵过程中角蛋白酶活力、羽毛的降解率、生物量和可溶性蛋白的变化进行了研究。研究表明:液体发酵过程中,角蛋白酶活性和生物量有相关性,并与可溶性蛋白的变化以及羽毛的降解有对应关系。