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淀粉糊精的制备工艺调控及诱导产α-淀粉酶的研究

2020-12-07阅读(914)

淀粉糊精的制备工艺调控及诱导产α-淀粉酶的研究

论文摘要

α-淀粉酶是一种重要的工业用酶,广泛应用于食品、纺织和造纸等行业。本课题采用酶法制备不同DE值糊精,研究了酶法生产糊精的工艺,并以不同DE值糊精作为碳源,研究了枯草芽孢杆菌的产酶特性,用二次回归旋转设计优化发酵培养基和培养条件,研究了α-淀粉酶的酶学性质,确定了深层发酵工艺和发酵动力学模型,并进行了中试放大研究。最后探讨了不同DE值糊精中有效成分诱导枯草芽孢杆菌的产酶机理。主要研究结果如下:1.中温淀粉酶和高温淀粉酶联用制备糊精可以有效地缩短酶解反应时间,减少酶的用量,提高效率和降低成本。正交试验结果表明,温度对淀粉水解产品的DE值影响最大,反应时间的影响最小。制备糊精较为适宜的水解条件为温度90℃,时间10min,中温淀粉酶用量4 U/g淀粉,高温淀粉酶用量7U/g淀粉。在此基础上适当调整酶解时间或加酶量,可以获得不同DE值的糊精产品。2.淀粉乳酶解前用超声波处理,然后酶解制备糊精,可获得分子分布更为均匀的糊精样品。超声波作用条件为:超声功率50W,超声全程时间范围可选择5-15min,超声波工作时间选择2-5s范围,间隔时间可选择20s以上。在此基础上调整加酶量或酶解时间,可获得不同DE值的糊精样品。超声波处理后淀粉的粘度降低;超声波处理会侵蚀淀粉颗粒表面,造成不同程度的破裂;高强度的超声波降解支链淀粉的作用增强,超声波处理制备的糊精分子分布更为均匀,大分子比例减少,分支化度较小,线性分子数量增多。3.糊精的性质:糊精与原淀粉相比粒度均变小。DE值22以下的糊精具有结晶结构,保持A型特征峰,峰强随DE值的增大逐渐减弱。说明水解首先发生在无定形区,其次才是结晶区。不同DE值糊精的表观粘度随DE值的增大而逐渐降低;热重分析（TG）分析表明,糊精的热稳定性较原淀粉高;DE值较大的糊精的透光率较高。Sephadex G50凝胶过滤层析结果表明,DE值较大的糊精线性较强。HPLC分析结果表明双酶法所得糊精分子量分布比较均匀,七糖以下组分中含有较大比例的单糖、二糖、三糖和五糖。4.不同DE值糊精作为碳源对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的产酶特性:糊精的DE值控制在16-22,B.subtilis ZJF-1A5的接种量控制在3%-4%,产酶量及酶活较高。发酵工艺单因素条件为:最佳条件温度为37℃,初始pH为5.0,摇床转速为210 r/min,培养时间为54 h。通过二次回归正交旋转设计,所得回归方程为:Y=151.6+14.7X1-7.8 X2+26.9X3-19.7 X12-4.5 X22+6.8 X1X3。相应得到优化的工艺参数为:培养温度为37℃,发酵培养基pH为5,时间为58 h,α-淀粉酶活力达到理论最大值206.5 U/mL。经检验该工艺参数可靠。在发酵摇床试验中,以DE值为16-22的糊精为碳源时,和以淀粉和葡萄糖为碳源时相比,酶活分别提高了80.2%和219.3%。经5L级全自动发酵罐中试验证,利用DE值为16-22的糊精为碳源,酶活可达到469.8±27.7 U/mL,与淀粉作为碳源相比,酶活力提高了41.9%。5.菌株ZJF-1A5分泌的主要α-淀粉酶的最适反应温度在60℃,最适pH值是6.0,其活性受酸性变化影响不大,在pH值4左右,仍能保持较高的酶活水平,因此该酶为酸性淀粉酶,具有较高的工业应用价值。菌株ZJF-1A5分泌的主要α-淀粉酶能够被Mg2+、Ca2+、Na+、Al3+激活,且Al3+对ZJF-1A5分泌的主要α-淀粉酶的激活能力最强,目前尚未见其他关于Al3+激活α-淀粉酶的报道。6.一定DE值的糊精诱导B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的量增加。糊精中主要的诱导成分是糊精中的麦芽低聚糖,通过基本培养基发酵,添加不同聚合度的麦芽低聚糖,实验结果表明,麦芽五糖的诱导活性最强,证实麦芽低聚糖在糊精诱导B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶量升高过程中起到重要作用。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 糊精
  • 1.1.1 糊精的定义及反应机理
  • 1.1.2 糊精的生产方法
  • 1.1.3 糊精的组成特征
  • 1.1.4 糊精的性质
  • 1.1.5 糊精的应用
  • 1.2 α-淀粉酶
  • 1.2.1 微生物α-淀粉酶的分布
  • 1.2.2 淀粉酶的生理学特性
  • 1.2.3 α-淀粉酶的应用
  • 1.3 细菌性α-淀粉酶的研究进展
  • 1.3.1 细菌性α-淀粉酶的种类
  • 1.3.2 常见细菌产生的α-淀粉酶的分子结构
  • 1.3.3 α-淀粉酶的催化机理
  • 1.3.4 α-淀粉酶的突变研究
  • 1.3.5 发酵原料对α-淀粉酶产生的影响
  • 1.3.6. 细菌性α-淀粉酶纯化和酶的特性
  • 1.3.7 细菌α-淀粉酶的应用与展望
  • 1.4 本课题立项依据和研究内容
  • 第二章 酶法制备不同DE值糊精的工艺研究
  • 2.1 材料与方法
  • 2.1.1 试验材料
  • 2.1.2 主要仪器
  • 2.1.3 方法
  • 2.1.4 分析方法
  • 2.2 结果与分析
  • 2.2.1 单酶法反应条件
  • 2.2.2 双酶法制备不同DE值糊精的工艺研究
  • 2.2.3 双酶法正交试验结果与分析
  • 2.3 讨论
  • 2.4 小结
  • 第三章 超声波辅助酶解淀粉制备糊精的工艺研究
  • 3.1 材料与方法
  • 3.1.1 试验材料
  • 3.1.2 主要仪器
  • 3.1.3 试验方法
  • 3.1.4 分析方法
  • 3.2 结果与分析
  • 3.2.1 超声波辅助酶解制备糊精的工艺研究
  • 3.2.2 超声波对淀粉糊化性质的影响
  • 3.2.3 淀粉-碘复合物吸收光谱分析
  • 3.2.4 差示扫描量热分析（DSC）
  • 3.2.5 电镜分析
  • 3.2.6 超声波处理对糊精组成分布及分支化度的影响
  • 3.3 讨论
  • 3.3.1 超声波处理对玉米淀粉结构和性质的影响
  • 3.3.2 超声波对水解产物糊精DE值的影响
  • 3.4 小结
  • 第四章 酶解法制备糊精的性质分析
  • 4.1 材料与方法
  • 4.1.1 试验材料
  • 4.1.2 主要仪器
  • 4.1.3 分析方法
  • 4.2 结果与分析
  • 4.2.1 糊精电镜观察
  • 4.2.2 粒度分布
  • 4.2.3 晶体结构
  • 4.2.4 一般分子特性
  • 4.2.5 多糖分布及分支化度
  • 4.2.6 不同DE值糊精分子量分布
  • 4.2.7 不同DE值糊精低聚糖组分测定
  • 4.2.8 不同DE值糊精的表观粘度
  • 4.2.9 热重分析（TG）
  • 4.2.10 相对透光率
  • 4.3 讨论
  • 4.3.1 糊精的性质与分子量分布的关系
  • 4.4 小结
  • 第五章 B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶发酵工艺参数优化
  • 5.1 材料和方法
  • 5.1.1 主要仪器
  • 5.1.2 试剂
  • 5.1.3 实验方法
  • 5.1.4 试验设计
  • 5.1.5 数据处理
  • 5.2 结果与分析
  • 5.2.1 接种量对产酶的影响
  • 5.2.2 不同聚合度糊精对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的影响
  • 5.2.3 摇床培养发酵工艺参数优化
  • 5.2.4 最佳工艺参数下B.subtilis ZJF-1A5生长、产酶特性研究
  • 5.2.5 5L全自动发酵罐中试验证试验
  • 5.3 讨论
  • 5.3.1 不同碳源对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的影响
  • 5.3.2 接种量对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的影响
  • 5.3.3 碳源DE值对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的影响
  • 5.3.4 培养温度对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的影响
  • 5.3.5 培养pH对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的影响
  • 5.3.6 溶氧对B.subtilis ZJF-1A5产α-淀粉酶的影响
  • 5.4 小结
  • 第六章 B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶酶学性质研究
  • 6.1 材料与方法
  • 6.1.1 菌种及培养条件
  • 6.1.2 α-淀粉酶粗酶液的制备
  • 6.1.3 B.subtilis ZJF-1A5分泌的淀粉酶活性测定
  • 6.1.4 α-淀粉酶粗酶液的硫酸铵分级沉淀
  • 6.1.5 B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶的初纯化
  • 6.1.6 B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶的最适反应温度测定
  • 6.1.7 B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶的最适反应pH测定
  • 6.1.8 不同金属离子对B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶活性的影响
  • 6.1.9 B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶同工酶谱分析
  • 6.2 结果与分析
  • 6.2.1 不同硫酸铵饱和度获得的α-淀粉酶提取液活性分析
  • 6.2.2 α-淀粉酶粗提液通过DEAE-52的离子交换色谱
  • 6.2.3 B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶的最适反应温度
  • 6.2.4 反应pH值对菌株B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶活性的影响
  • 6.2.5 不同金属离子对菌株B.subtilis ZJF-1A5分泌的α-淀粉酶活性的影响
  • 6.3 讨论
  • 6.4 小结
  • 第七章 糊精介导B.subtilis ZJF-1A5α-淀粉酶活性升高机制
  • 7.1 材料与方法
  • 7.1.1 菌种以及培养条件
  • 7.1.2 不同碳源培养的粗酶液的制备
  • 7.1.3 不同碳源培养条件下,B.subtilis ZJF-1A5生长量的测定
  • 7.1.4 不同碳源培养条件下,B.subtilis ZJF-1A5分泌可溶性蛋白含量测定
  • 7.1.5 不同碳源培养条件下,B.subtilis ZJF-1A5产蛋白酶活性和淀粉酶活性测定
  • 7.1.6 不同碳源培养条件下,B.subtilis ZJF-1A5产生的淀粉酶的同功酶酶谱测定
  • 7.1.7 SDS-PAGE变性胶复性技术测定α-淀粉酶活性
  • 7.1.8 与糊精等同DE值的淀粉.葡萄糖混合物介导的B.subtilis ZJF-1A5产生α-淀粉酶活力状况
  • 7.1.9 糊精中具有诱导活性组分测定
  • 7.2 结果与分析
  • 7.2.1 不同糊精培养对B.subtilis ZJF-1A5生长量的影响
  • 7.2.2 不同糊精等碳源培养对B.subtilis ZJF-1A5分泌可溶性蛋白含量的影响
  • 7.2.3 不同糊精培养对B.subtilis ZJF-1A5产蛋白酶活性和淀粉酶活性的影响
  • 7.2.4 不同碳源培养对B.subtilis ZJF-1A5产生的同功酶谱影响
  • 7.2.5 SDS-PAGE变性胶复性技术确定糊精导致B.subtilis ZJF-1A5α-淀粉酶产生量升高（排除对变构效应的依赖）
  • 7.2.6 诱导效应与生长平衡假设的提出与检验
  • 7.2.7 糊精中具有诱导活性组分的确定
  • 7.3 讨论
  • 7.4 小结
  • 总结论
  • 创新点和进一步研究的方向
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读博士学位期间发表论文

    • 相关论文文献

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