高产纤维素酶枯草芽孢杆菌的筛选、应用及其产酶条件研究

论文摘要

膳食纤维（Dietary fiber, DF）具有多种生理功能,被誉为人体的“第七大营养素”。其中的可溶性成分SDF （Soluble Dietary fiber, SDF）,拥有比不溶性成分IDF （Insoluble Dietary fiber, IDF）更优的生理活性,具有较高应用价值和重要的研究意义。豆渣在我国产量巨大,其富含的纤维素类物质是SDF的理想来源。但是豆渣中天然的SDF较少,因此,必须进行一定的技术处理,以提高豆渣SDF的含量与得率。当前,以发酵技术和酶技术为代表的生物技术,被认为是最有发展潜力的技术手段之一,而菌种和酶类的选择与确定,则尤为重要。枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的诸多优点,使其成为产酶和应用菌种的首选。为此,本论文研究了高产纤维素酶枯草芽孢杆菌菌株的筛选、发酵豆渣制备SDF的应用及其产纤维素酶的条件,研究结果如下：1、从自然界筛选获得一株产纤维素活力较高的枯草芽孢杆菌,并根据实验中的编号顺序,命名为BS-05。在筛选的自然条件下,该菌株产纤维素酶活力较高,羧甲基纤维素酶活力（Sodium carboxymethylcellulose activity, CMCA）和滤纸酶活力（Filter Paper Activity, FPA）分别为57.27 U/ml和58.97 U/ml。2、应用菌株BS-05发酵豆渣,并联用均质技术,制备了高含量的豆渣SDF。豆渣经发酵与均质处理后,SDF的得率提高约4倍。并且,与未发酵的豆渣SDF相比,发酵获得的SDF颗粒变小,结构变松散,其溶解性与持水力等理化性质都有不同程度的改善。3、研究获得了菌株BS-05产纤维素酶的最佳条件。其产酶培养基组成是：CMC-Na 2%、蛋白胨2%、酵母粉2%、NaCl 0.5%, K2HPO4 0.1%, MgSO4·7H2O0.02%；最优的培养条件是：培养温度37℃、培养基初始pH7、接种量5%、培养时间48h和产酶培养基装液量为60/250ml。在上述条件下,该菌株发酵产纤维素酶的活力最高,CMCA与FPA分别达195.46 U/ml和174.52 U/ml,分别为优化前的3.41倍和2.96倍。4、研究获得了菌株BS-05所产纤维素酶的部分酶学特性。研究结果显示,该酶的最适pH值为pH6-7,在该pH范围内保持60min,酶活稳定；最适温度为55℃,在65℃以下保持30min,仍有较高酶活。这为该酶的推广提供了应用参数。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 概述
• 1.2 纤维素酶的研究现状
• 1.2.1 纤维素酶的组成、结构及作用机制
• 1.2.2 纤维素酶活力的测定
• 1.2.3 纤维素酶的应用
• 1.2.4 产纤维素酶的微生物
• 1.3 枯草芽孢杆菌研究现状
• 1.3.1 基本情况
• 1.3.2 产纤维素酶的研究
• 1.3.3 广泛应用
• 1.4 豆渣可溶性膳食纤维的研究现状
• 1.4.1 豆渣中的营养成分与利用
• 1.4.2 豆渣中SDF的利用研究
• 1.5 本论文的主要研究内容、创新点及研究意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 创新点
• 1.5.3 研究意义
• 第2章 枯草芽孢杆菌产纤维素酶菌株的筛选与鉴定
• 2.1 材料、仪器与试剂
• 2.1.1 土样采集
• 2.1.2 实验试剂与药品
• 2.1.3 实验仪器与设备
• 2.1.4 染液与溶液
• 2.1.5 培养基
• 2.2 方法
• 2.2.1 实验流程
• 2.2.2 目的菌株的初筛
• 2.2.3 目的菌株的鉴定与复筛
• 2.2.4 目的菌株的酶活复筛
• 2.2.5 目的菌株生长曲线的绘制
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 菌株的初筛
• 2.3.2 菌株的鉴定与复筛
• 2.3.3 酶活复筛结果
• 2.3.4 目的菌株的生长曲线
• 2.4 本章结论
• 第3章 枯草芽孢杆菌的豆渣发酵应用
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 菌株、材料
• 3.1.2 实验试剂与药品
• 3.1.3 实验仪器与设备
• 3.1.4 培养基
• 3.2 方法
• 3.2.1 实验流程
• 3.2.2 豆渣基本成分测定
• 3.2.3 发酵过程中豆渣DF组分的变化
• 3.2.4 发酵豆渣制备SDF的得率与纯度
• 3.2.5 豆渣SDF的理化特性
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 豆渣基本成分
• 3.3.2 发酵过程豆渣DF组分的变化
• 3.3.3 豆渣SDF得率与纯度
• 3.3.4 豆渣SDF的理化特性
• 3.4 本章结论
• 第4章 枯草芽孢杆菌产纤维素酶的条件及酶学性质
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 实验菌株
• 4.1.2 实验试剂与药品
• 4.1.3 实验仪器与设备
• 4.1.4 实验溶液
• 4.1.5 培养基
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 培养方法
• 4.2.2 纤维素酶活力的测定与计算
• 4.2.3 产酶的营养条件
• 4.2.4 产酶的培养条件
• 4.2.5 粗酶液的酶学性质分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 营养条件的确定
• 4.3.2 培养条件的确定
• 4.3.4 粗酶液的部分酶学性质
• 4.4 本章结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.1.1 菌株的筛选与鉴定
• 5.1.2 菌株发酵豆渣制备SDF的应用研究
• 5.1.3 菌株的产酶条件及粗酶酶学性质的研究
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的成果