固态发酵生产木质素酶研究进展

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培养基含水量及空气湿度 水是发酵的主要媒质 " 基质含水量是决定固态发
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水分含量 " 水分活度影响到真菌的生长状态 3 也是大 部分固态发酵反应器设计的重要考虑因素 3 固态发酵 中水分含量还影响到底物的物理状态 3 营养物质的扩 散 及 利 用 #氧 和 二 氧 化 碳 的 交 换 等 等3基 质 含 水 量 大
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& )00&0++Y’ 浙江省教育厅重点项目 浙江省自然科学基金 & Z&0&10-’ 芦国营# 浙江工业大学生物与环境工程学院# 硕士#
%/001&# 浙江杭州 # 浙江工业大学研究生 %+ 信箱 "
张朝晖 ! 洪伟杰 # 单位及通讯地址同第一作者 " 收稿日期 $)00+23$21+
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芦国营等 ! 固态发酵生产木质素酶研究进展
的价格低廉 " 来源广泛 " 而且酶活性更 高 !$&#" 故目 前 广 为使用 ! 表 ’ 是各种木质素酶生产的基质 "微生物等 !
用于木质素酶固态发酵基质的化学组成 !$()*’#$ +%
木素 纤维素 半纤维素
基质 麸皮 甘蔗渣 玉米芯 玉米叶子 硬木 葡萄籽 葡萄梗 燕麦秆 稻草 软木 小麦秆
( 饲料工业)* !""# 年第 !$ 卷第 !% 期
生 物 技 术
固 固态 态发 发酵 酵生 生产 产木 木质素酶研究进展
芦国营 张朝晖 洪伟杰 摘 要 固态发酵 45567 指利用自然底物做碳源 及能 源 # 或利 用惰 性 底物 做 固体 支持 物 # 其体 系 无
水或接近于无水的任何发酵过程 " 本文综述了固态发酵在木质素酶生产中的应用研究 # 重点介绍了固 态发酵的生产木质素酶的特点 !基质及其生物反应器生产 " 关键词 固态发酵 % 木质素酶 % 基质 % 生物反应器 中图分类号
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基质 微生物
酵成功与否的关键因素之一 ! 木质素酶固态发酵基 质含水量与水分活度有关 2 维持发酵过程要求一定的
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芦国营等 ! 固态发酵生产木质素酶研究进展
生 物 技 术
括 % 氧传质 ! 温度和固体培养基的含水量 ")/%" 固态发酵 反应 器设 计 还需 要 考 虑 真 菌 的 形 态 学 和 对 机 械 搅 拌 的抗力 " 木质素酶广泛应用于工业需要酶的大规模高效 生产 " 用固态发酵产酶存在的困难是如何有效控制重
温度和固体培养基的含水量固态发酵反应器设计还需要考虑真菌的形态学和对机械搅拌的抗力木质素酶广泛应用于工业需要酶的大规模高效生产用固态发酵产酶存在的困难是如何有效控制重要的培养参数如传质和散热0目前已经有多种生物反应器应用于固态发酵如填充床滚筒气固流化床以及一些搅拌反应器利用木质纤维作为基质代替惰性基质进行反应器发酵还存在新问题在长时间发酵过程中基质容易降解和粘连导致传质和氧传递的限制123456789课题组设计了多种固态发酵生物反应器来大规模生产木质素酶浸没式生物反应器它是一个有夹套的玻璃罐下部装有液体培养基尼龙载体置于金属丝筐中随一个气动装置上下移动这个反应器还可以进行连续操作以木质纤维作为载填充床生物反应器微生物和基质填充在一个有玻璃夹套的罐内底部不断的通入湿空气图e滚筒生物反应器微生物和基质装在金属网做的圆筒内圆筒在圆柱形的玻璃罐内慢慢滚动f4bg
RC69C9578 W9F3 >5PP578 R5PP5783 W9F3 RCF R5PP5783 RCF R5PP5783 W9F R5PP578 RC69=P8>>I>=>M;CP 89ZME87 R5PP578 R5PP5783 NYF3 W9F3 GBU R5PP5783 A8?=[CH5783 P8>>I>578 RC69C9578 R5PP5783 W9F @>MP=7CH578 R5PP5783 W9F W9F3 \F W9F R5PP5783 W9F W9F R5PP578 R5PP5783 W9F3 RCF R5PP5783 W9F RC69C9578 RCF3 W9F3 >5PP578 R5PP5783 W9F W9F3 >5PP578 RCF3 W9F R5PP578 R5PP578 RCF3 W9F W9F3 >5PP5783 K8ECP8>>I>5783 P8>>I>578 R5PP5783 W9F生产木质素酶 ! 汽爆处理的纤维质原料 " 特别 是 草类 原 料 " 木 质素 已 部 分 被 降 解 " 其 降 解 产 物 可 以替 代 昂贵 的藜 芦 醇作 为 木 质 素 酶 基 因 表 达 的 诱 导剂 ! 用于木素过氧化物酶生产的基质要选择木质素 含量丰富的!"#"纤维素丰富的基质则有利于合成漆酶 ! 表 $ 是用于木质素酶固态发酵基质的化学组成 ! 固态 发酵 越 来越 多 地 应 用 于 生 产 抗 生 素 " 表 面 活 性 剂 " 抗 微 生物 剂 和酶 " 特别 是 用 固 态 发 酵 技 术 生 产 木 质素酶 ! 用惰性物质作基质固态发酵生产木质素酶的 报道 很少 " 尽 管胞 外 产物 与惰 性 基 质 分 离 方 便 " 产 物 回 收 比 非 惰 性 基 质 体 容 易 " 而 且 产 物 纯 度 高 !$%#" 它 的 缺点培养基成本高 ! 利用天然材料如麦麸 # 木屑等做 基质 " 尽 管产 物回 收 和纯 化 的 成 本 很 高 " 但 天 然 材 料
木质素酶解是一种非专一性的 ! 以自由基为基础 的链反应过程 !"#" 木质素酶不仅对木质素 #而且对许多 种类 的有 机 物尤 其 是人 工 合 成 的 有 机 污 染 物 都 有 很 强 的 降解 能 力 # 而 且具 有 高谱 ! 高 效 ! 低 耗 ! 高 适 用 性 等特点 " 这种特殊的降解机制在饲料工业 ! 化学工业 ! 煤炭化学和环境保护方面展现了巨大的应用前景 # 已 经引起了学术界和工业界的广泛关注 " 而目前木质素 酶的生产大多采用合成培养基 # 进行液态深层发酵生 产 # 必须添加昂贵的诱导物藜芦醇 # 并且发酵周期长 # 生产成本高 #酶活低 # 难于进行大规模的生产 " 最近的 几十 年 # 学 者 逐渐 开 始 用 固 态 发 酵 技 术 生 产 木 质 素 酶 " 它可模仿天然微生物的生长过程 # 生产人们需要 的产品 " 本文综述了木质素酶固态发酵生产的最新研 究进展 " 丝状真菌产酶 !%#&#" 与液态深层发酵相比 # 它具有一些 优 点 $ 发 酵 体系 没 有游 离水 存 在 # 微 生 物 是 在 其 有 足 够湿度的固态底物上进行反应 # 底物则既不溶于水 # 也不悬浮于水中 # 同时也为微生物的生长提供了一个 固定 的位 置 # 更有 利 于真 菌 的 生 长 和 产 酶 % 可 利 用 低 值糠 麸 类和 废 渣类 为原 料 进 行 生 产 # 成 本 低 ! 原 料 来 源 丰富 % 简 化生 产工 艺 # 免去 液 体 发 酵 需 脱 水 ! 收 集 ! 干燥 的 复杂 程序 % 在 生产 过 程中 # 无 废 水 ! 废 气 产 生 # 固 体 颗粒 间隙 便 于氧 传 质 # 通 气 量 小 # 酶 产 率 高 等 优 点 " 缺点是发酵不均匀 # 菌体生长 !营养物的吸收和代 谢产 物的 分 泌在 各 处 都 是 不 均 匀 的 # 使 得 发 酵 参 数 &’( # 热 # 营养条件等 ’ 的检测和控制都比较困难 # 实现 工业化困难 "
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小值随菌种及原料而异 ! 发酵基质含水量的大小也影 响到通风及传热 ! 传质过程 " 徐福建等 通 过正 交试
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验发现 # 固态培养基的固液比对木质素酶的合成有很 大的影响 "
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通气 微生物合成木质素酶是 一个 耗 氧的 过 程 # 因 此
要的培养参数 # 如传质和散热 "&0%" 目 前已 经 有多 种 生 物反应器应用于固态发酵如 % 填充床 # 滚筒 # 气固流化 床以及一些搅拌反应器 "&)%" 利用木质纤维作为基质代 替惰性基质进行反应器发酵还存在新问题 % 在长时间 发酵过程中基质容易降解和粘连 # 导致传质和氧传递 的限制 " 123456789 课题组设计了多种固态发酵生物 反应器来大规模生产木质素酶"&&#&(%"
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木质素酶固态发酵的影响因素 基质 固态发酵最重要的是选择合适的基质 " 用于木质
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固态发酵生产木质素酶的特点 产木质素酶的微生物一般都是丝状真菌 # 固态发
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酵 是模 拟 真菌 的 天然 生长 条 件 # 因 此 特 别 适 合 培 养
素酶 生产 的 固态 基 质可 分为 两 大 类 $ 惰 性 材 料 # 它 只 作为微生物的固定载体 % 非惰性材料 # 不仅作为载体 # 还作为一些微生物生长需要的营养物质 !+#,#" 后者由于 它们的双重作用 # 也被称为底物基质 " 这些材料主要 是含淀粉基和纤维素基的农产品或农业资源 # 如谷类 及其副产品 !-#" 它们不仅来源广泛 # 价格低廉 # 而且利 用 这 些材 料还 能 解决 它 们 的 废 弃 造 成 的 环 境 和 经 济 问题 " 基质的选择决定于所要产的酶 # 基质中还可能 存在酶基因表达的诱导物质 " 陈洪章等 !.#利用汽爆麦
固态发酵生产木质素酶 !*/#
木质素酶
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