阿拉伯木聚糖溶解、降解机制的研究及酸性木聚糖酶基因的克隆、表达

论文摘要

大麦中的非淀粉多糖主要由阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖组成,在过去的40多年,β-葡聚糖在制麦和酿造过程中的作用已得到研究者广泛而深入的了解,但对阿拉伯木聚糖的研究确却很少。最近研究者开始发现来源于谷物中的阿拉伯木聚糖会造成浸出率降低、麦汁粘度升高、过滤速度减慢、缩短滤膜寿命,甚至造成成品啤酒的浑浊。本文在研究了阿拉伯木聚糖测定方法的基础上,调研了市售啤酒和啤酒用大麦中阿拉伯木聚糖的含量。系统的研究了糖化参数对阿拉伯木聚糖溶解的影响,运用数学模型预测糖化醪中阿拉伯木聚糖浓度,并通过电子显微镜观察了不同分子量的阿拉伯木聚糖对膜孔堵塞的情况。为了实现对酿造中阿拉伯木聚糖的酶法降解,对一株能产酸性木聚糖酶的真菌Aspergillus sp. ZH-26进行鉴定后,优化其产木聚糖酶的发酵条件和培养基组成,并尝试了将Aspergillus sp. ZH-26酸性木聚糖酶基因在大肠杆菌中进行克隆和表达。本文通过建立糖腈乙酰化气相色谱法测定啤酒（麦汁）中的阿拉伯木聚糖,测定了36种市售啤酒中阿拉伯木聚糖的含量在4791239 mg/L,多聚阿拉伯木聚糖的含量在283849 mg/L。测定了36种国产主要啤用大麦中总阿拉伯木聚糖含量在3.50%5.38%,而水溶性阿拉伯木聚糖含量在0.31%0.67%。利用化学统计学的方法研究了啤酒中阿拉伯木聚糖、多聚阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖的含量与啤酒原麦汁浓度、粘度、浊度之间的关系。结论如下:阿拉伯木聚糖和多聚阿拉伯木聚糖与粘度的相关系数分别为0.766和0.736,都要高于β-葡聚糖与粘度的相关系数0.673。啤酒中阿拉伯木聚糖的含量显著受原麦汁浓度的影响。系统研究了酿造过程中阿拉伯木聚糖的溶解变化,及糖化温度、谷物粉碎细度和机械搅拌等糖化参数对阿拉伯木聚糖溶解的影响。为了满足广大啤酒公司以小麦或小麦芽为辅料降低生产成本的需求,我们采用不同的辅料比、料水比和粉碎细度,在不同的糖化温度下,研究了阿拉伯木聚糖的溶解对麦汁浸出率、麦汁粘度和麦汁过滤的影响。结果如下:麦汁和啤酒中的阿拉伯木聚糖主要来源于谷物中水溶性的阿拉伯木聚糖,以大米为辅料时会降低麦汁和啤酒中阿拉伯木聚糖的含量,采用小麦或小麦芽代替辅料和代替麦芽时,随辅料比的增加,阿拉伯木聚糖的含量增加,从而增加麦汁粘度,阻碍麦汁过滤。麦汁粘度受麦汁中水溶性阿拉伯木聚糖含量的影响要高于麦汁中β-葡聚糖含量对麦汁粘度的影响。糖化温度能够促进麦芽中水溶性阿拉伯木聚糖的浸出,不溶性的阿拉伯木聚糖在高温作用下能够转变为热水可溶性的阿拉伯木聚糖。糖化机械搅拌显著影响麦芽中阿拉伯木聚糖的溶解。通过构建热力学和动力学方程,配合计算机模拟,建立了能够模拟糖化过程中阿拉伯木聚糖的溶解和降解及麦芽内源内切木聚糖酶随机进攻的数学模型,在给定不同的糖化曲线和初始麦芽条件的情况下能预测出最终糖化麦汁中阿拉伯木聚糖的浓度。在实验室规模对此模型进行验证,说明此模型能较准确的预测糖化麦汁中阿拉伯木聚糖的浓

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 谷物中总阿拉伯木聚糖和水溶性阿拉伯木聚糖的含量
• 1.2 阿拉伯木聚糖在谷物中的分布
• 1.3 谷物中阿拉伯木聚糖的结构
• 1.3.1 阿拉伯木聚糖的基本结构
• 1.3.2 阿拉伯木聚糖的精细结构
• 1.3.3 阿拉伯木聚糖的理化性质
• 1.4 阿拉伯木聚糖对制麦、酿造和成品啤酒的影响
• 1.4.1 阿拉伯木聚糖与成品麦芽质量的关系
• 1.4.2 制麦过程中阿拉伯木聚糖的变化
• 1.4.3 糖化过程中阿拉伯木聚糖的变化
• 1.4.4 啤酒中的阿拉伯木聚糖
• 1.4.5 阿拉伯木聚糖对啤酒膜过滤的影响
• 1.5 微生物发酵法生产木聚糖酶
• 1.5.1 温度对微生物产木聚糖酶的影响
• 1.5.2 pH 对微生物产木聚糖酶的影响
• 1.5.3 底物诱导对微生物产木聚糖酶的影响
• 1.5.4 培养基组成对微生物产木聚糖酶的影响
• 1.6 木聚糖酶的克隆与表达
• 1.7 本论文的目的意义与主要内容
• 1.7.1 本论文立题意义
• 1.7.2 本论文研究内容
• 第二章 阿拉伯木聚糖测定方法的研究及化学统计学分析国产啤酒和大麦中的阿拉伯木聚糖
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.2 啤酒（麦汁）中阿拉伯木聚糖的测定
• 2.1.3 大麦中总阿拉伯木聚糖和水溶性阿拉伯木聚糖的测定
• 2.1.4 β-葡聚糖的测定
• 2.1.5 粘度的测定
• 2.1.6 浊度的测定
• 2.1.7 数据的统计分析
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 多糖的水解和衍生化
• 2.2.2 气相色谱条件的选择
• 2.2.3 糖腈乙酰化气相色谱法测定阿拉伯木聚糖方法的建立
• 2.2.4 化学统计学分析啤酒中阿拉伯木聚糖的含量
• 2.2.5 化学统计学分析国产大麦中总阿拉伯木聚糖和可溶性阿拉伯木聚糖的含量
• 2.3 本章小结
• 第三章 啤酒酿造过程中阿拉伯木聚糖溶解机理的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 仪器和试剂
• 3.1.2 麦芽中总阿拉伯木聚糖的测定
• 3.1.3 麦芽中水溶性阿拉伯木聚糖的测定
• 3.1.4 啤酒（麦汁）中阿拉伯木聚糖的测定
• 3.1.5 麦芽中内切木聚糖酶酶活的测定
• 3.1.6 β-葡聚糖的测定
• 3.1.7 其他指标分析
• 3.1.8 数据分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 酿造过程中阿拉伯木聚糖的溶解变化
• 3.2.2 糖化参数对阿拉伯木聚糖溶解的影响
• 3.2.3 小麦和小麦芽为辅料时阿拉伯木聚糖溶解的研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 啤酒糖化过程中阿拉伯木聚糖溶解及内切木聚糖酶随机进攻预测模型的建立
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 麦芽
• 4.1.2 糖化
• 4.1.3 分析方法
• 4.1.4 模型描述
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 实验室规模糖化
• 4.2.2 工业规模糖化
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 阿拉伯木聚糖对膜堵塞机制的研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 水溶性阿拉伯木聚糖的分离和纯化
• 5.1.2 不同分子量阿拉伯木聚糖样品的制备
• 5.1.3 不含多聚阿拉伯木聚糖（PAX）啤酒样品的制备
• 5.1.4 不同分子量阿拉伯木聚糖样品的制备
• 5.1.5 阿拉伯木聚糖的测定
• 5.1.6 阿拉伯木聚糖平均分子量的测定
• 5.1.7 蛋白质的检测
• 5.1.8 膜堵塞评价体系的建立
• 5.1.9 扫描电子显微镜（SEM）
• 5.1.10 统计学分析
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 阿拉伯木聚糖的组成和平均分子量
• 5.2.2 未经剪切力作用的啤酒中阿拉伯木聚糖分子量和浓度对膜过滤的影响
• 5.2.3 经剪切力作用的啤酒中阿拉伯木聚糖分子量和浓度对膜过滤的影响
• 5.2.4 过滤后剪切和未剪切啤酒中 pH 和酒精浓度对最高分子量阿拉伯木聚糖的影响
• 5.2.5 含有不同分子量的阿拉伯木聚糖的啤酒所造成的膜阻塞的电镜照片
• 5.3 本章小结
• 第六章 木聚糖酶降解阿拉伯木聚糖的研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 仪器和试剂
• 6.1.2 麦汁中阿拉伯木聚糖的测定
• 6.1.3 内切木聚糖酶的测定
• 6.1.4 粘度的测定
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 木聚糖酶降解麦汁中阿拉伯木聚糖的研究
• 6.2.2 木聚糖酶降解啤酒中阿拉伯木聚糖的研究
• 6.2.3 糖化初始添加木聚糖酶对降解PAX 和麦汁粘度的影响
• 6.2.4 响应面分析法优化糖化过程中木聚糖酶对阿拉伯木聚糖的降解
• 6.3 本章小结
• 第七章 酸性木聚糖酶产生菌Aspergillus sp. ZH-26的鉴定及发酵条件的优化
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 菌种
• 7.1.2 菌种鉴定
• 7.1.3 培养基
• 7.1.4 液体发酵条件
• 7.1.5 木聚糖酶酶活力测定方法
• 7.1.6 Plackett-Burman 实验设计筛选培养基组成
• 7.1.7 Box-Behnken 中心组成实验设计优化培养基组成
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 菌株Aspergillus sp. ZH-26 ITS 序列分析及分子鉴定
• 7.2.2 Aspergillus awamori ZH-26 产木聚糖酶发酵条件的研究
• 7.2.3 Plackett-Burman 实验设计确定Aspergillus awamori ZH-26 产木聚糖酶培养基的组成
• 7.2.4 Box-Behnken 实验设计进一步优化Aspergillus awamori ZH-26 产木聚糖酶的培养基
• 7.3 本章小结
• 第八章 Aspergillus awamori ZH-26酸性木聚糖酶基因的克隆与表达
• 8.1 材料与方法
• 8.1.1 材料
• 8.1.2 实验方法
• 8.2 结果与讨论
• 8.2.1 Aspergillus awamori ZH-26 酸性木聚糖酶全长基因的扩增
• 8.2.2 overlap-PCR 法去除xynA 全长基因的内含子
• 8.2.3 PCR产物的TA克隆
• 8.2.4 酸性木聚糖酶cDNA 结构基因的扩增
• 8.2.5 Aspergillus awamori ZH-26 酸性木聚糖酶表达载体的构建
• 8.2.6 胞内酸性木聚糖酶活力的测定
• 8.2.7 重组酸性木聚糖酶酶学性质的研究
• 8.2.8 影响高表达的因素分析
• 8.2.9 重组酸性木聚糖酶降解糖化麦汁中阿拉伯木聚糖的初步研究
• 8.3 本章小结
• 论文主要结论
• 论文的创新之处及理论和实际应用意义
• 致谢
• 参考文献
• 博士在读期间已发表（含待发表）论文
• 附图