玉米秸秆糖化及同步糖化发酵产乳链菌肽的研究

【摘要】：木质纤维素是最丰富的可再生资源，是人类低成本生产生物质产品和生物能源的重要资源。在我国，玉米秸秆是产量最大的农业废弃物。据悉，我国每年将有600万吨玉米秸秆产生。最近，由于木质纤维素水解产生还原糖，可被微生物利用生产乳酸和乙醇等产品受到了极大的关注。本文优化了木质纤维素酶解条件，并使用乳酸乳球菌进行同步糖化发酵生产乳链菌肽和乳酸。 木质纤维素生物质转化为葡萄糖的效率是影响发酵过程的重要因素，而纤维素酶是木质纤维素转换化葡萄糖最为重要的水解酶，IUPAC纤维素酶活力测定的标准方法为纤维素酶系总的糖化能力，通过以滤纸为底物经纤维素酶水解后生成的葡萄糖的量表征，将酶与滤纸反应后用3mlDNS进行显色反应，总体系为4.5ml。为了高效准确的测定纤维素酶活力，本文使用96孔板法测定纤维素酶活力，将传统方法的滤纸酶活改为60μL体系加入96孔板中进行测定，分别测定来自8个不同厂家生产的纤维素酶。结果表明，96孔板法与标准方法的纤维素酶活测定结果没有显著差异，并且具有较高的精确度和可重复性。 本研究中，对纤维素酶进行了复配提高葡萄糖转化率。通过单因素实验研究了纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、果胶酶、tween-80、PEG-6000、硫代硫酸钠及牛血清白蛋白的添加浓度对葡萄糖转化率的影响，得到纤维素水解率在纤维素酶浓度为5~35FPU/g范围内随着纤维素酶浓度增大而增加，其它复配物质最佳添加量分别为300μg/g、20μg/g、170μg/g、1.7μl/g、0.105%、0.75mg/ml、1mg/ml。利用响应面分析法进一步优化复配物质的添加量，得到当β-葡萄糖苷酶377μg/g、果胶酶171μg/g、硫代硫酸钠1mg/ml时，比只添加纤维素酶时葡萄糖转化率可提高46.25%。 乳链菌肽是用途相当广泛的生物质产品，可由乳酸乳酸菌发酵生产得到。在上述研究的基础上，采用汽爆玉米秸秆作为底物，添加复配的纤维素酶使其水解产生可被微生物利用的单糖，利用Lactococcus lactis subsp.lactis进行同步糖化发酵，不仅可生产乳链菌肽，还能同时生产乳酸。本研究探究了Lactococcus lactissubsp.lactis需氧和厌氧两种发酵形式进行同步糖化发酵的发酵情况，并探索了pH值和底物浓度对乳链菌肽和乳酸产量的影响。结果显示，在需氧情况下发酵24h时，乳链菌肽的产量达到最大值5580IU/ml；在厌氧情况下，乳链菌肽的产量在同样的时间达到最大值，为5188IU/ml。通过初始pH值和底物浓度实验得到乳链菌肽生产的最佳初始pH值为5.5，最佳底物浓度为4%。 【关键词】：玉米秸秆 纤维素酶复配 乳链菌肽 乳酸 同步糖化发酵
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：Q936
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 木质纤维素物质概况13-15
• 1.1.1 木质纤维素材料的结构与性质13
• 1.1.2 木质纤维素材料的预处理13-14
• 1.1.3 木质纤维素材料的水解14-15
• 1.2 乳链菌肽简介15-20
• 1.2.1 乳链菌肽结构与性质15-16
• 1.2.2 乳链菌肽的发现历史16
• 1.2.3 乳链菌肽的抑菌机制16-17
• 1.2.4 乳链菌肽的安全性17
• 1.2.5 乳链菌肽的应用17-18
• 1.2.6 乳链菌肽发酵生产的国内外研究进展18-20
• 1.3 乳酸简介20-26
• 1.3.1 乳酸的结构及性质20-21
• 1.3.2 乳酸的用途21-23
• 1.3.3 乳酸的生产23-24
• 1.3.4 发酵法生产乳酸国内外进展24-26
• 1.4 木质纤维素的利用26-28
• 1.4.1 间接发酵27
• 1.4.2 同步糖化发酵27-28
• 1.5 立题意义与研究内容28-29
• 第2章 96 孔板法测纤维素酶酶活29-34
• 2.1 引言29
• 2.2 材料与仪器29-30
• 2.2.1 药品与试剂29
• 2.2.2 仪器设备29-30
• 2.2.3 试剂配制30
• 2.3 实验方法30-31
• 2.3.1 纤维素酶活测定标准方法30
• 2.3.2 96 孔板 60μl 体系法测定纤维素酶活力30
• 2.3.3 绘制葡萄糖标准曲线30-31
• 2.3.4 纤维素酶活测定标准方法与 96 孔板 60μl 体系法测定纤维素酶活力比较31
• 2.4 实验结果与讨论31-33
• 2.4.1 纤维素滤纸酶活测定标准方法葡萄糖标准曲线31-32
• 2.4.2 96 孔板 60μl 体系法测定纤维素酶活力葡萄糖标准曲线32
• 2.4.3 标准方法与 96 孔板法测纤维素酶活力方法结果对比32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 纤维素酶复配提高葡萄糖转化率34-56
• 3.1 引言34
• 3.2 材料与仪器34-35
• 3.2.1 药品与试剂34-35
• 3.2.2 仪器设备35
• 3.2.3 试剂配制35
• 3.3 实验方法35-42
• 3.3.1 预处理玉米秸秆35-36
• 3.3.2 汽爆玉米秸秆总固形物含量测定36
• 3.3.3 玉米秸秆纤维素含量测定36-37
• 3.3.4 考马斯亮蓝测蛋白含量37-38
• 3.3.5 酶活力的测定38-39
• 3.3.6 单因素实验39-41
• 3.3.7 响应面设计实验41-42
• 3.4 结果与讨论42-54
• 3.4.1 汽爆玉米秸秆含水量测定42
• 3.4.2 汽爆玉米秸秆纤维素含量测定42-43
• 3.4.3 考马斯亮蓝测蛋白含量43-44
• 3.4.4 酶活力测定44-45
• 3.4.5 复配单因素实验45-51
• 3.4.6 中心组合实验51-52
• 3.4.7 响应面分析优化52-54
• 3.4.8 响应面结果验证实验54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 同步糖化发酵产乳链菌肽和乳酸56-65
• 4.1 引言56
• 4.2 材料与仪器56-58
• 4.2.1 药品与试剂56-57
• 4.2.2 仪器设备57
• 4.2.3 试剂配制57-58
• 4.3 实验方法58-59
• 4.3.1 乳酸乳球菌摇瓶培养58
• 4.3.2 发酵方法58
• 4.3.3 乳链菌肽效价的测定58-59
• 4.3.4 乳链菌肽标准曲线的绘制59
• 4.3.5 发酵液糖类的测定59
• 4.3.6 乳酸的测定59
• 4.4 实验结果59-62
• 4.4.1 葡萄糖标准曲线59-60
• 4.4.2 乳链菌肽标准曲线60
• 4.4.3 同步糖化发酵60-62
• 4.5 培养条件优化62-64
• 4.5.1 初始 pH 值对同步糖化发酵的影响62-63
• 4.5.2 底物浓度对同步糖化发酵的影响63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 研究成果及展望65-68
• 5.1 主要研究成果65-66
• 5.1.1 96 孔板法测酶活65
• 5.1.2 纤维素酶复配65
• 5.1.3 纤维素酶复配响应面优化65-66
• 5.1.4 同步糖化发酵66
• 5.2 后续研究展望66-68
• 5.2.1 纤维素水解方面66
• 5.2.2 同步糖化发酵方面66-68
• 参考文献68-76
• 致谢76

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