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木聚糖酶是一类能催化水解木聚糖的酶的总称,广泛应用于饲料、食品、造纸和能源等行业.木聚糖酶来源广泛,但目前发现的产酶菌株大部分来源于陆地,对海洋微生物的研究还比较少.本课题从不同来源的海洋样品中筛选出具有较高产木聚糖酶能力的菌株B659,通过诱变育种得到正突变菌株W1-40,并对其进行发酵条件优化以及木聚糖酶的酶学性质研究,研究结果如下:
1、以自制的甘蔗渣木聚糖为初筛培养基的唯一碳源,从福州市平潭海域的水样和泥样、松原市大布苏湖的泥样、宁德市三都澳海域的泥样和海藻、鲍鱼内脏以及北极的泥样中共筛到74株有透明圈且形态各异的菌株,摇瓶发酵结果显示,74株菌中45株具有产木聚糖酶能力,其中B659菌株产酶能力最高,酶活力为525.3U/mL.
2、对B659菌株进行紫外诱变，筛选得到酶活提高13.9％且稳定遗传的突变菌株G3-17;对G3-17菌株进行微波诱变，筛选得到酶活比G3- I 7菌株高出11.6%且稳定遗传的突变菌株W1-40。对B659菌株和W1-40菌株进行发酵试验，72h时W1-40菌株的酶活力达到645.2U/mL，比B659菌株(517.9U/mL)提高24.6%.
3、对W1-40菌株进行产酶培养基及发酵条件的优化。确定产酶培养基为:麸皮6%(w/v)，自制甘蔗渣木聚糖1%(w/v)，豆饼粉1%(w/v), K2HP04 10mmol/L，吐温-80 0.03%(w/v)，初始pH6.0。确定发酵条件为:温度30℃，摇床转速230r/min，装液量25mL/250mL，接种量8%(v/v)。优化后木聚糖酶活力达到2838.3 U/mL，比优化前(645.2U/mL)提高3.4倍，发酵周期由72h缩短至30h.
4、对W1-40菌株所产的木聚糖酶进行酶学性质研究。该酶的最适反应温度和pH分别为55℃和6.5，在37℃、pH 8.0-10.0的条件下保温2h仍具有78.3%的酶活力，具有较好的耐碱性。10mmol/L K+和1mmol/L Fe2+对该酶具有促进作用，Mn2+, Cu2+和Co2+对其具有明显的抑制作用。酶的底物特异性实验结果显示，该酶有微弱的纤维素酶活性，其最适作用底物是山毛榉木聚糖。酶的动力学反应试验得知，该酶的Km值是4.57mg/mL, Vmax为1886.8U/mL。