论文摘要
过氧化氢酶（Catalase,简称CAT）,能够催化H2O2分解为H2O和O2,被广泛用于食品消毒、临床分析、医学诊断以及纺织、造纸、制浆等工业。随着环保意识的加强,在纺织染整工艺中采用酶替代传统的强碱高温工艺对棉织物进行前处理已得到了广泛的应用。CAT在棉织物前处理过程中的主要作用是去除织物漂白废液中残余的H2O2,以消除对后续染色工序的影响。本论文研究营养条件以及环境条件对发酵过程的影响,通过提高Bacillus subtilis WSHDZ-01生物量,最终提高过氧化氢酶的产量。主要研究结果如下:1.通过优化营养成分,枯草芽孢杆菌WSHDZ-01在优化后的发酵培养基中,即在麦芽汁浓度为2o的发酵培养基中添加20 g/L葡萄糖和10 g/L硝酸钠,培养30小时,生物量达到6 g/L,总酶活达到11000 U/mL。对比优化前罐上最佳结果,生产强度提高了三倍,为工业化生产研究奠定了基础。2. Bacillus subtilis WSHDZ-01在3L发酵罐条件下研究表明:在通气量与装液量一定的条件下,搅拌转速对过氧化氢酶产量影响不大;在初始葡萄糖浓度为20 g/L且通气量控制在1 vvm的情况下,将搅拌转速恒定在400 r/min即可满足细胞生长和过氧化氢酶合成对溶解氧的需求。3.在研究温度对Bacillus subtilis WSHDZ-01合成过氧化氢酶的影响时发现:较高的发酵温度（40℃）有利于缩短细胞生长的延迟期,提高发酵前期细胞对碳源的利用能力;适中的温度（35℃）则有利于发酵中期过氧化氢酶的合成;而较低的温度（32℃）延长了合成过氧化氢酶的时间。根据发酵过程中比产酶速率曲线,提出分批发酵生产过氧化氢酶的多阶段温度控制策略,即0～10 h时发酵温度为40℃,10 h～20 h之间将温度控制至35℃,20h后将温度切换至32℃。采用该优化的温度控制策略,最高酶活（20896 U/mL）和生物量比单一温度下的最大值（32℃14124 U/mL）分别提高了47%和1.7%。4.理论计算的结果为:在30L发酵罐条件下采用搅拌转速313 r/min,通气量0.56 vvm。根据前期研究经验,Bacillus subtilis WSHDZ-01合成过氧化氢酶需要较严格的溶氧条件,即30L发酵罐中将装液量维持在60%上,通气量控制在0.50 vvm,罐压保持在0.02 MPa,搅拌转速确定为300rpm。采用温度控制策略过氧化氢酶产量最高可达20133 U/mL,其中胞外过氧化氢酶产量在60小时左右达到最高,其最高值为15386 U/mL,该结果与3L上研究结果基本吻合。5.通过对发酵过程中过氧化氢酶分布情况分析发现,胞外过氧化氢酶与总过氧化氢酶出峰的时间不相同,胞外过氧化氢酶最大值出现的时间滞后于总酶活的最大值出现时间。考虑到提取胞内产物的成本和复杂性,综合考虑生产强度以及产品的得率,以胞外过氧化氢酶含量的变化为依据确定发酵结束时间。