玉米秸秆糖化及同步糖化发酵产乳链菌肽的研究

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木质纤维素是最丰富的可再生资源,是人类低成本生产生物质产品和生物能源的重要资源。在我国,玉米秸秆是产量最大的农业废弃物。据悉,我国每年将有600万吨玉米秸秆产生。最近,由于木质纤维素水解产生还原糖,可被微生物利用生产乳酸和乙醇等产品受到了极大的关注。本文优化了木质纤维素酶解条件,并使用乳酸乳球菌进行同步糖化发酵生产乳链菌肽和乳酸。木质纤维素生物质转化为葡萄糖的效率是影响发酵过程的重要因素,而纤维素酶是木质纤维素转换化葡萄糖最为重要的水解酶,IUPAC纤维素酶活力测定的标准方法为纤维素酶系总的糖化能力,通过以滤纸为底物经纤维素酶水解后生成的葡萄糖的量表征,将酶与滤纸反应后用3mlDNS进行显色反应,总体系为4.5ml。为了高效准确的测定纤维素酶活力,本文使用96孔板法测定纤维素酶活力,将传统方法的滤纸酶活改为60μL体系加入96孔板中进行测定,分别测定来自8个不同厂家生产的纤维素酶。结果表明,96孔板法与标准方法的纤维素酶活测定结果没有显著差异,并且具有较高的精确度和可重复性。本研究中,对纤维素酶进行了复配提高葡萄糖转化率。通过单因素实验研究了纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、果胶酶、tween-80、PEG-6000、硫代硫酸钠及牛血清白蛋白的添加浓度对葡萄糖转化率的影响,得到纤维素水解率在纤维素酶浓度为5~35FPU/g范围内随着纤维素酶浓度增大而增加,其它复配物质最佳添加量分别为300μg/g、20μg/g、170μg/g、1.7μl/g、0.105%、0.75mg/ml、1mg/ml。利用响应面分析法进一步优化复配物质的添加量,得到当β-葡萄糖苷酶377μg/g、果胶酶171μg/g、硫代硫酸钠1mg/ml时,比只添加纤维素酶时葡萄糖转化率可提高46.25%。乳链菌肽是用途相当广泛的生物质产品,可由乳酸乳酸菌发酵生产得到。在上述研究的基础上,采用汽爆玉米秸秆作为底物,添加复配的纤维素酶使其水解产生可被微生物利用的单糖,利用Lactococcus lactis subsp.lactis进行同步糖化发酵,不仅可生产乳链菌肽,还能同时生产乳酸。本研究探究了Lactococcus lactissubsp.lactis需氧和厌氧两种发酵形式进行同步糖化发酵的发酵情况,并探索了pH值和底物浓度对乳链菌肽和乳酸产量的影响。结果显示,在需氧情况下发酵24h时,乳链菌肽的产量达到最大值5580IU/ml;在厌氧情况下,乳链菌肽的产量在同样的时间达到最大值,为5188IU/ml。通过初始pH值和底物浓度实验得到乳链菌肽生产的最佳初始pH值为5.5,最佳底物浓度为4%。
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