小麦麸皮中低聚木糖的生物制备技术研究

论文摘要

本研究以小麦麸皮为原料利用生物酶技术制备功能性低聚木糖。首先利用生物酶技术分离小麦麸皮中的淀粉及蛋白质,得到半纤维素含量较高的木聚糖粗提物。同时对真菌性黑曲霉及细菌性蜡状和枯草芽孢杆菌木聚糖酶合成菌株进行诱变选育,筛选培育出产木聚糖酶酶活高并适用于小麦麸皮中木聚糖降解的菌株,并对液体发酵产酶条件及所产木聚糖酶的纯化和酶学性质进行研究。将微生物合成的木聚糖酶加入到木聚糖粗提物中进行定向降解制备低聚木糖,并对糖液的纯化及底物的预处理进行了探讨研究。 小麦麸皮除富含纤维素和半纤维素,同时还有较为丰富的淀粉、蛋白质、植酸、天然抗氧化物等资源,因此以小麦麸皮为原料制备功能性低聚木糖的研究中,资源的综合利用显得尤为重要。本研究首先对小麦麸皮的化学组成进行了分析。通过分析得出小麦麸皮中综纤维素质量分数为46.05%,其中纤维素的质量分数2.35%,戊聚糖质量分数19.42%,表明黑龙江地区的小麦麸皮中木聚糖含量较高,适于低聚木糖的制备。而木质素和脂肪含量相对较少,分别为6.01%和3.45%,有利于木聚糖酶对底物的酶解。淀粉质量分数为18.60%、蛋白质质量分数为17.69%。 采用α—淀粉酶和碱性蛋白酶降解小麦麸皮中的淀粉和蛋白质成为可溶性组分,通过水洗过滤分离将其除去。以小麦麸皮中淀粉残留量为考察指标,对α—淀粉酶降解过程中的影响因素进行单因素分析,确定最佳酶解参数,使小麦麸皮中淀粉的含量从18.6%降至0.5%以下。在蛋白质的分离提取中分别采用木瓜蛋白酶酶解法、碱液浸提法和碱性蛋白酶酶解法。以小麦麸皮中蛋白质残留量为考察指标,分别对酶解和浸提过程中的影响因素进行单因素和正交设计分析,优化工艺参数组合。通过比较分析后得到结论采用碱性蛋白酶酶解分离小麦麸皮中蛋白质为最佳方法,酶解后小麦麸皮中蛋白质残留量仅为0.62%。经过去淀粉和蛋白质的小麦麸皮中戊聚糖含量为34.51%。 在木聚糖酶合成菌株的诱变育种及液态发酵产酶研究中,首先以黑曲霉为出发菌株,采用紫外物理诱变和紫外亚硝酸复合诱变的方法,选育培养出产木聚糖酶酶活较高的菌株。而后以蜡状芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌为出发菌株,采用紫外物理诱变的方法,分别选育培养出产木聚糖酶酶活较高的菌株。通过比较选取一株产木聚糖酶酶活最高的菌株作为试验用菌,进行液体发酵产木聚糖酶的研究。采用3,5—二硝基水杨酸法测定木聚糖酶酶活,并以此为考察指标,对液体发酵产酶条件进行单因素及正交分析,优化工艺参数,木聚糖酶酶活由原来的17.3716U/ml,提升到58.3050U/ml。 在木聚糖酶的纯化及其酶学性质研究中采用（NH4）SO4沉淀剂对所得木聚糖粗酶液进行纯化,对纯化前后的木聚糖酶酶活及其酶解糖液的高效液相图谱进行分析。木聚糖酶经纯化后酶活略有提高。未纯化木聚糖酶酶解自制木聚糖所得产物中的低聚木糖含量为61.39%,纯化木聚糖酶酶解自制木聚糖产物中低聚木糖含量为81.15%。而后对该木聚糖酶的酶学性质以及米氏常数和最大反应速度动力学参数进行研究和测定分析。木聚

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 小麦麸皮的研究进展
• 1.2.1 小麦麸皮的应用研究现状
• 1.2.2 小麦麸皮的结构与组成
• 1.2.3 小麦麸皮的应用
• 1.3 低聚木糖的研究进展
• 1.3.1 低聚木糖的组成
• 1.3.2 低聚木糖的生理学特性
• 1.3.3 低聚木糖的理化特性
• 1.3.4 低聚木糖的制备
• 1.4 木聚糖酶的研究进展
• 1.4.1 木聚糖水解酶系
• 1.4.2 木聚糖酶生产用菌株
• 1.5 本文研究的目标和内容及主要创新点
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究的主要创新点
• 2 小麦麸皮原料组分分析
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 水分含量的测定方法
• 2.2.2 灰分含量的测定方法
• 2.2.3 水抽出物含量的测定方法
• 2.2.4 苯醇抽出物含量的测定方法
• 2.2.5 木素含量的测定方法
• 2.2.6 戊聚糖含量的测定方法
• 2.2.7 综纤维素含量的测定方法
• 2.2.8 纤维素含量的测定方法
• 2.2.9 还原糖含量的测定方法
• 2.2.10 总糖含量的测定方法
• 2.2.11 脂肪含量的测定方法
• 2.2.12 淀粉含量的测定方法
• 2.2.13 蛋白质含量的测定方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 小麦麸皮的化学组成分析
• 2.3.2 小麦麸皮的生物化学组成分析
• 2.4 本章小结
• 3 小麦麸皮中淀粉的分离研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 α-淀粉酶活性的测定
• 3.2.2 酶解后的小麦麸皮中淀粉含量的测定
• 3.2.3 α-淀粉酶酶解小麦麸皮中淀粉方法
• 3.2.4 α-淀粉酶酶解小麦麸皮淀粉单因素分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 料液比对小麦麸皮中淀粉的酶解效果的影响
• 3.3.2 加酶量对小麦麸皮中淀粉的酶解效果的影响
• 3.3.3 酶解时间对小麦麸皮中淀粉的酶解效果的影响
• 3.3.4 酶解温度对小麦麸皮中淀粉的酶解效果的影响
• 3.4 本章小结
• 4 小麦麸皮中蛋白质的分离研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 蛋白酶酶活的测定
• 4.2.2 分离后的小麦麸皮中蛋白质含量的测定
• 4.2.3 木瓜蛋白酶酶解小麦麸皮中蛋白质
• 4.2.4 碱液浸提小麦麸皮中蛋白质
• 4.2.5 碱性蛋白酶酶解小麦麸皮中蛋白质
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 木瓜蛋白酶对小麦麸皮中蛋白质的酶解研究
• 4.3.2 碱液浸提小麦麸皮中蛋白质的研究
• 4.3.3 碱性蛋白酶对小麦麸皮中蛋白质的酶解研究
• 4.3.4 木瓜蛋白酶酶解、碱性蛋白酶酶解和碱液浸提三种分离小麦麸皮中蛋白质方法比较
• 4.4 本章小结
• 5 木聚糖酶合成菌株的诱变选育及产酶条件的研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 真菌性木聚糖酶合成菌株的诱变选育方法
• 5.2.2 细菌性木聚糖酶合成菌株的诱变选育方法
• 5.2.3 木聚糖酶酶活测定
• 5.2.4 黑曲霉合成木聚糖酶发酵条件的确定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 真菌性木聚糖酶合成菌株的选育
• 5.3.2 细菌性木聚糖酶合成菌株的选育
• 5.3.3 黑曲霉产木聚糖酶发酵条件的影响因素分析
• 5.4 本章小结
• 6 木聚糖酶的纯化及其酶学性质研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 盐析沉淀木聚糖酶的制备
• 6.2.2 木聚糖酶的最适反应温度
• 6.2.3 木聚糖酶的热稳定性
• 6.2.4 木聚糖酶的最适反应pH值
• 6.2.5 木聚糖酶的pH值稳定性
• 6.2.6 木聚糖酶的动力学参数的测定
• 6.2.7 木聚糖酶酶活的测定
• 6.2.8 高效液相色谱法测定低聚木糖含量
• 6.3 结果与讨论
• 4）SO₄沉淀分离'>6.3.1 木聚糖酶的（NH₄）SO₄沉淀分离
• 6.3.2 温度对木聚糖酶酶活性和热稳定性的影响
• 6.3.3 pH值对木聚糖酶酶活和pH值稳定性的影响
• 6.3.4 木聚糖酶的动力学参数
• 6.4 本章小结
• 7 低聚木糖的制备及其纯化的研究
• 7.1 前言
• 7.2 实验方法
• 7.2.1 真菌性木聚糖酶酶解小麦麸皮木聚糖制备低聚木糖的条件确定
• 7.2.2 聚酰胺柱层析纯化低聚木糖
• 7.2.3 木聚糖底物的预处理
• 7.2.4 小麦麸皮的扫描电子显微镜观察
• 7.2.5 测定方法
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 真菌性木聚糖酶酶解小麦麸皮木聚糖制备低聚木糖的条件控制
• 7.3.2 低聚木糖的聚酰胺柱层析纯化研究
• 7.3.3 木聚糖底物预处理技术
• 7.3.4 小麦麸皮的微观形貌分析
• 7.4 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢