纤维素酶可溶性诱导物的制备及其应用基础研究

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在纤维素酶生产中,常用的诱导物纤维素是不溶性的固体高分子化合物,存在传质阻力大、不易于流加培养、产酶效率低等问题。本文以葡萄糖为原料,利用葡萄糖转苷酶的催化作用,定向合成纤维素酶的可溶性诱导物。经高效液相色谱分析,发现转糖苷产物中含有纤维素酶的强诱导物槐糖。利用葡萄糖转苷酶以葡萄糖为底物进行转糖苷反应,试验结果表明其较适的反应条件为:底物浓度400mg·mL-1,加酶量8IU,反应温度50℃,pH4.0,反应时间100h。转糖苷产物中约含有50mg·mL-1槐糖和350mg·mL-1的葡萄糖。利用海藻酸钠包埋富含葡萄糖转糖苷酶的孢子,制备出固定化葡萄糖转苷酶,利用固定化葡萄糖转苷酶进行转糖苷反应,其较适的反应条件为:底物浓度400mg·mL-1,加酶量4IU(5g);反应温度55℃,pH 5.0,反应时间72h。在较适条件下,固定化酶重复利用7次,产物中槐糖浓度均在10mg·mL-1以上,而槐糖在极低浓度(0.34ppm)下就有诱导作用,因此将葡萄糖转苷酶进行固定化具有重要意义。将转糖苷产物用于纤维素酶的液体深层发酵,结果表明其较适的反应条件为:转糖苷产物浓度1.5%,温度30℃,装液量50mL,摇床转速180r·min-1,初始pH值4.8,氮源为玉米浆。与葡萄糖相比,转糖苷产物把产酶时间提前25h,酶活力提高14倍。与微晶纤维素相比,转糖苷产物把产酶时间提前7h。转糖苷产物含有大量葡萄糖,而过高的葡萄糖对产酶有抑制作用,因此通过补料实验以消除葡萄糖的抑制作用,实验结果表明:起始补料时间以接种后16h为宜,72h之前维持还原糖浓度在2~10mg·mL-1,72h之后补料量以0.4 mL/6h为宜,维持还原糖浓度约1mg·mL-1。另外,利用微晶纤维素与转糖苷产物共同诱导产酶,可以使产酶时间提前,同时可以获得较大的产酶量和较长的持续诱导时间。利用酶法制备纤维素酶可溶性诱导物,能够有效克服纤维素酶固态诱导物的固有缺点,在纤维素酶的连续生产上具有重要的应用价值。
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