玉米秸稈糖化及同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳鏈菌肽的研究

【摘要】：木質(zhì)纖維素是最豐富的可再生資源，是人類(lèi)低成本生產(chǎn)生物質(zhì)產(chǎn)品和生物能源的重要資源。在我國(guó)，玉米秸稈是產(chǎn)量最大的農(nóng)業(yè)廢棄物。據(jù)悉，我國(guó)每年將有600萬(wàn)噸玉米秸稈產(chǎn)生。最近，由于木質(zhì)纖維素水解產(chǎn)生還原糖，可被微生物利用生產(chǎn)乳酸和乙醇等產(chǎn)品受到了極大的關(guān)注。本文優(yōu)化了木質(zhì)纖維素酶解條件，并使用乳酸乳球菌進(jìn)行同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乳鏈菌肽和乳酸。 木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖的效率是影響發(fā)酵過(guò)程的重要因素，而纖維素酶是木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)換化葡萄糖最為重要的水解酶，IUPAC纖維素酶活力測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法為纖維素酶系總的糖化能力，通過(guò)以濾紙為底物經(jīng)纖維素酶水解后生成的葡萄糖的量表征，將酶與濾紙反應(yīng)后用3mlDNS進(jìn)行顯色反應(yīng)，總體系為4.5ml。為了高效準(zhǔn)確的測(cè)定纖維素酶活力，本文使用96孔板法測(cè)定纖維素酶活力，將傳統(tǒng)方法的濾紙酶活改為60μL體系加入96孔板中進(jìn)行測(cè)定，分別測(cè)定來(lái)自8個(gè)不同廠家生產(chǎn)的纖維素酶。結(jié)果表明，96孔板法與標(biāo)準(zhǔn)方法的纖維素酶活測(cè)定結(jié)果沒(méi)有顯著差異，并且具有較高的精確度和可重復(fù)性。 本研究中，對(duì)纖維素酶進(jìn)行了復(fù)配提高葡萄糖轉(zhuǎn)化率。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究了纖維素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、果膠酶、tween-80、PEG-6000、硫代硫酸鈉及牛血清白蛋白的添加濃度對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化率的影響，得到纖維素水解率在纖維素酶濃度為5~35FPU/g范圍內(nèi)隨著纖維素酶濃度增大而增加，其它復(fù)配物質(zhì)最佳添加量分別為300μg/g、20μg/g、170μg/g、1.7μl/g、0.105%、0.75mg/ml、1mg/ml。利用響應(yīng)面分析法進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)配物質(zhì)的添加量，得到當(dāng)β-葡萄糖苷酶377μg/g、果膠酶171μg/g、硫代硫酸鈉1mg/ml時(shí)，比只添加纖維素酶時(shí)葡萄糖轉(zhuǎn)化率可提高46.25%。 乳鏈菌肽是用途相當(dāng)廣泛的生物質(zhì)產(chǎn)品，可由乳酸乳酸菌發(fā)酵生產(chǎn)得到。在上述研究的基礎(chǔ)上，采用汽爆玉米秸稈作為底物，添加復(fù)配的纖維素酶使其水解產(chǎn)生可被微生物利用的單糖，利用Lactococcus lactis subsp.lactis進(jìn)行同步糖化發(fā)酵，不僅可生產(chǎn)乳鏈菌肽，還能同時(shí)生產(chǎn)乳酸。本研究探究了Lactococcus lactissubsp.lactis需氧和厭氧兩種發(fā)酵形式進(jìn)行同步糖化發(fā)酵的發(fā)酵情況，并探索了pH值和底物濃度對(duì)乳鏈菌肽和乳酸產(chǎn)量的影響。結(jié)果顯示，在需氧情況下發(fā)酵24h時(shí)，乳鏈菌肽的產(chǎn)量達(dá)到最大值5580IU/ml；在厭氧情況下，乳鏈菌肽的產(chǎn)量在同樣的時(shí)間達(dá)到最大值，為5188IU/ml。通過(guò)初始pH值和底物濃度實(shí)驗(yàn)得到乳鏈菌肽生產(chǎn)的最佳初始pH值為5.5，最佳底物濃度為4%。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 纖維素酶復(fù)配 乳鏈菌肽 乳酸 同步糖化發(fā)酵
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：Q936
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 木質(zhì)纖維素物質(zhì)概況13-15
• 1.1.1 木質(zhì)纖維素材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)13
• 1.1.2 木質(zhì)纖維素材料的預(yù)處理13-14
• 1.1.3 木質(zhì)纖維素材料的水解14-15
• 1.2 乳鏈菌肽簡(jiǎn)介15-20
• 1.2.1 乳鏈菌肽結(jié)構(gòu)與性質(zhì)15-16
• 1.2.2 乳鏈菌肽的發(fā)現(xiàn)歷史16
• 1.2.3 乳鏈菌肽的抑菌機(jī)制16-17
• 1.2.4 乳鏈菌肽的安全性17
• 1.2.5 乳鏈菌肽的應(yīng)用17-18
• 1.2.6 乳鏈菌肽發(fā)酵生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展18-20
• 1.3 乳酸簡(jiǎn)介20-26
• 1.3.1 乳酸的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)20-21
• 1.3.2 乳酸的用途21-23
• 1.3.3 乳酸的生產(chǎn)23-24
• 1.3.4 發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸國(guó)內(nèi)外進(jìn)展24-26
• 1.4 木質(zhì)纖維素的利用26-28
• 1.4.1 間接發(fā)酵27
• 1.4.2 同步糖化發(fā)酵27-28
• 1.5 立題意義與研究?jī)?nèi)容28-29
• 第2章 96 孔板法測(cè)纖維素酶酶活29-34
• 2.1 引言29
• 2.2 材料與儀器29-30
• 2.2.1 藥品與試劑29
• 2.2.2 儀器設(shè)備29-30
• 2.2.3 試劑配制30
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法30-31
• 2.3.1 纖維素酶活測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法30
• 2.3.2 96 孔板 60μl 體系法測(cè)定纖維素酶活力30
• 2.3.3 繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線30-31
• 2.3.4 纖維素酶活測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法與 96 孔板 60μl 體系法測(cè)定纖維素酶活力比較31
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論31-33
• 2.4.1 纖維素濾紙酶活測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)方法葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線31-32
• 2.4.2 96 孔板 60μl 體系法測(cè)定纖維素酶活力葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線32
• 2.4.3 標(biāo)準(zhǔn)方法與 96 孔板法測(cè)纖維素酶活力方法結(jié)果對(duì)比32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 纖維素酶復(fù)配提高葡萄糖轉(zhuǎn)化率34-56
• 3.1 引言34
• 3.2 材料與儀器34-35
• 3.2.1 藥品與試劑34-35
• 3.2.2 儀器設(shè)備35
• 3.2.3 試劑配制35
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法35-42
• 3.3.1 預(yù)處理玉米秸稈35-36
• 3.3.2 汽爆玉米秸稈總固形物含量測(cè)定36
• 3.3.3 玉米秸稈纖維素含量測(cè)定36-37
• 3.3.4 考馬斯亮藍(lán)測(cè)蛋白含量37-38
• 3.3.5 酶活力的測(cè)定38-39
• 3.3.6 單因素實(shí)驗(yàn)39-41
• 3.3.7 響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)41-42
• 3.4 結(jié)果與討論42-54
• 3.4.1 汽爆玉米秸稈含水量測(cè)定42
• 3.4.2 汽爆玉米秸稈纖維素含量測(cè)定42-43
• 3.4.3 考馬斯亮藍(lán)測(cè)蛋白含量43-44
• 3.4.4 酶活力測(cè)定44-45
• 3.4.5 復(fù)配單因素實(shí)驗(yàn)45-51
• 3.4.6 中心組合實(shí)驗(yàn)51-52
• 3.4.7 響應(yīng)面分析優(yōu)化52-54
• 3.4.8 響應(yīng)面結(jié)果驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)54
• 3.5 本章小結(jié)54-56
• 第4章 同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳鏈菌肽和乳酸56-65
• 4.1 引言56
• 4.2 材料與儀器56-58
• 4.2.1 藥品與試劑56-57
• 4.2.2 儀器設(shè)備57
• 4.2.3 試劑配制57-58
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法58-59
• 4.3.1 乳酸乳球菌搖瓶培養(yǎng)58
• 4.3.2 發(fā)酵方法58
• 4.3.3 乳鏈菌肽效價(jià)的測(cè)定58-59
• 4.3.4 乳鏈菌肽標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制59
• 4.3.5 發(fā)酵液糖類(lèi)的測(cè)定59
• 4.3.6 乳酸的測(cè)定59
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果59-62
• 4.4.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線59-60
• 4.4.2 乳鏈菌肽標(biāo)準(zhǔn)曲線60
• 4.4.3 同步糖化發(fā)酵60-62
• 4.5 培養(yǎng)條件優(yōu)化62-64
• 4.5.1 初始 pH 值對(duì)同步糖化發(fā)酵的影響62-63
• 4.5.2 底物濃度對(duì)同步糖化發(fā)酵的影響63-64
• 4.6 本章小結(jié)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 孔板法測(cè)酶活65
• 5.1.2 纖維素酶復(fù)配65
• 5.1.3 纖維素酶復(fù)配響應(yīng)面優(yōu)化65-66
• 5.1.4 同步糖化發(fā)酵66
• 5.2 后續(xù)研究展望66-68
• 5.2.1 纖維素水解方面66
• 5.2.2 同步糖化發(fā)酵方面66-68
• 參考文獻(xiàn)68-76
• 致謝76

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國(guó)家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目——乳鏈菌肽的工業(yè)化生產(chǎn)通過(guò)專(zhuān)家鑒定    劉玉方

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乳鏈菌肽高產(chǎn)菌株AL2的發(fā)酵條件研究    陳秀珠，何松，龍力紅，還連棟，薛禹谷

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乳鏈菌肽抗性基因(nsr)編碼產(chǎn)物的作用機(jī)制研究    孫志增;鐘瑾;還連棟;

nisZ啟動(dòng)子的定點(diǎn)突變研究    楊巍;陳秀珠;袁靜;還連棟;

罐頭工業(yè)和食品添加劑    尤新;

乳鏈菌肽的抑菌機(jī)制    黃琴;馬國(guó)霞;周緒霞;李衛(wèi)芬;

天然食品防腐劑——乳酸鏈球菌素及其在罐頭中的應(yīng)用    范悠然;沈顏新;

響應(yīng)面法優(yōu)化乳鏈菌肽發(fā)酵培養(yǎng)基    越柏玲;姜麗艷;姜丹;安金雙;高波;

乳鏈菌肽高產(chǎn)菌株的誘變選育及其發(fā)酵條件的優(yōu)化    姜麗艷;蘭鵬飛;李芳芳;孫明波;王彥峰;任曉東;

乳鏈菌肽發(fā)酵玉米漿-糖蜜培養(yǎng)基的優(yōu)化    田鴻儒;姜麗艷;安金雙;劉洋;任曉冬;

中心組合設(shè)計(jì)法優(yōu)化乳鏈菌肽發(fā)酵玉米漿-糖蜜培養(yǎng)基    姜麗艷;王潔;張宏宇;李雪;馬英博;任曉東;

幫你認(rèn)識(shí)乳鏈菌肽    還連棟 沈顏新

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中國(guó)有了乳鏈菌肽    童行倩

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乳酸乳球菌ATCC11454高產(chǎn)乳鏈菌肽的遺傳育種    郭志偉

乳鏈菌肽高產(chǎn)菌株的誘變及生物過(guò)程優(yōu)化的研究    姜麗艷

微生物發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)乳鏈菌肽的工藝研究    辛宇

乳鏈菌肽前體基因克隆及在乳酸乳球菌中的表達(dá)研究    侯宏曉

吸附法分離發(fā)酵液中乳鏈菌肽的工藝研究    王暉

乳酸乳球菌HDBR-06產(chǎn)Nisin高產(chǎn)菌株的選育    程丹丹