产菊粉酶微生物水解菊芋粉的应用研究

论文摘要

对一株具有高产菊粉酶活力的黑曲霉SL-09进行了液体产酶发酵条件的优化,以及水解菊芋产物的应用进行研究。涉及酶解产物菊芋糖浆用于放线杆菌厌氧发酵生产琥珀酸;固定化细胞技术对菊粉酶生产果葡糖浆进行的工艺研究和生产应用。研究了培养条件对黑曲霉SL-09产酶的影响。经过优化得到最佳培养条件为:温度30℃,起始pH 6.0,摇床转速200 r/min,发酵时间为3 d;培养基为（g/L）:菊粉30,玉米浆20,蔗糖酯6, MnSO4·H2O 0.25,菊粉酶最高酶活达到45.9U/mL。研究表明菊粉酶是一种诱导酶,微生物培养基以菊芋粉或者菊粉为碳源时,产酶活力较高,蔗糖酯作为一种有效的合成促进剂物。对该菊粉酶酶性质进行了研究,最适反应pH为4.5,最适反应温度为55℃,底物浓度越高,所测酶活力也越高,其最适底物浓度为4%,在上述条件下,酶活力最大为56.3 U/mL。研究了黑曲霉酶解菊芋粉的条件。得出最适水解条件为:温度50℃,黑曲霉培养液添加量10%,在总糖浓度为85.2 g/L菊芋粉溶液作为底物,连续转化12 h后,水解率达到99.6%。利用黑曲霉SL-09和琥珀酸放线杆菌SF-09,采用菊粉酶酶解菊芋汁,菊芋汁还原糖浆发酵生产琥珀酸,以初始还原糖浓度为53.5 g/L的菊芋水解糖为碳源,36 h发酵产酸43.8 g/L,琥珀酸生产强度为1.22 g/（L·h）,与纯葡萄糖发酵糖相比,琥珀酸产量有所提高,发酵时间缩短,此结果对菊芋资源的深加工与琥珀酸发酵的原料问题提供了新的思路。依据菌体产酶曲线,选取第48 h～72 h菌体作为固定化菌体,确定了海藻酸钡包埋的固定化方法,海藻酸钠1.5%,菌体量10%,得到的固定化细胞酶活回收率为49.39 %。考察了固定化细胞转化过程中各个因素的影响,确定了最适的转化条件pH 4.0、温度60℃,确定了最适底物浓度为20 g/L,每批次转化时间12 h,转化率为76.9%,反复分批转化8批,反应转化率都保持在70%左右。整个反应过程中明胶颗粒的机械强度保持良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 菊芋概述
• 1.1.1 菊芋的成分
• 1.1.2 菊粉的化学结构
• 1.1.3 菊粉的来源
• 1.1.4 菊粉的理化性质
• 1.1.5 菊芋的研究利用
• 1.1.6 我国菊芋开发现状和应用前景
• 1.2 微生物菊粉酶的研究现状
• 1.2.1 菊粉酶
• 1.2.2 菊粉酶的分类及性质研究
• 1.2.3 产菊粉酶的菌种
• 1.3 菊粉酶的应用
• 1.3.1 菊粉酶在高果糖浆生产中的应用
• 1.3.2 应用内切菊粉酶生产低聚果糖
• 1.3.3 菊粉酶在酒精生产中的应用
• 1.3.4 在研究和应用菊粉酶方面所遇到的困难
• 1.4 菊粉酶的固定化
• 1.4.1 固定化生物催化剂
• 1.4.2 酶的固定化方法
• 1.4.3 固定化菊粉酶在生产中的应用
• 1.4.4 霉菌的细胞固定化方法
• 1.5 本论文选题的目的与意义
• 1.6 本课题的研究内容
• 第二章 菊粉酶发酵条件优化及酶性质研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试剂与材料
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 微生物培养
• 2.2.4 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 菊粉酶发酵条件的研究
• 2.3.2 菊粉酶酶学性质研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 菊粉酶水解菊芋粉的条件研究及应用
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试剂与材料
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 微生物培养
• 3.2.4 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 菊粉酶水解菊芋粉条件研究
• 3.3.2 菊粉酶水解菊芋原料发酵生产琥珀酸的初步研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 固定化细胞水解菊粉制备果糖的研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试剂与材料
• 4.2.2 仪器设备
• 4.2.3 微生物培养
• 4.2.4 细胞固定化方法
• 4.2.5 细胞转化方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 细胞生长及产酶曲线
• 4.3.2 固定化条件的研究
• 4.3.3 固定化细胞性质研究
• 4.3.4 贮存稳定性
• 4.3.5 反复分批转化实验
• 4.3.6 果糖的初步定性分析
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文