玉米芯酶解糖化条件研究

Abstract: The kinds of crude enzymes produced by Aspergillus niger X-1 in liquid fermentation were detected. The crude enzymes were studied to different plant celluloses, with different pH, temperature, substrate concentration and enzymolysis time, respectively. The results indicated that there were several kinds of enzyme in the crude enzyme solution, which contained high content of xylanase and cellulase, some β-glycanase and a little fibre disaccharide enzyme. With the crude enzymes, the optimal enzymolysis and saccharification conditions of corncob were as follows: pH 4.0, enzymolysis temperature 45℃, the concentration of corncob powder 3.0%, enzymolysis time 48 h. Under above conditions, the contents of total sugar and reducing sugar in the saccharifying solution reached 17.94 mg/ml and 14.16 mg/ml, respectively. And the saccharifying efficiency was 59.4%. Key words: Aspergillus niger X-1; corncob; enzymolysis and saccharification condition
收 稿 日 期 ：2008-06-23 基 金 项 目 ：江西农业大学校青年教师基金重点项目（赣农大科发[2005]03）；校青年教师基金项目（1891） 作 者 简 介 ：黄林（1977-），男，讲师，研究方向为微生物发酵工程；涂国全*，教授，通讯作者。
研究报告
中国酿造
2008 年 第 21 期
总第 198 期 ·45·
冷水浴冷却，于波长 540nm 处比色。 木聚糖酶酶活力单位定义：在上述条件下（45℃、pH5.2），
每毫升待测粗酶液每分钟催化底物生成 1μmol 木糖的量 定义为 1 个酶活力单位，U/mL。
粗酶液中纤维素酶活力测定：在 试 管 中 加 入 0 .1mL 适当稀释的粗酶液，再加入 1mL 用 0.05mol/L 柠檬酸缓冲 液配制的 1%羧甲基纤维素钠，于 50 ℃ 保 温 10min ，加入 3mLDNS 试剂，煮沸 5min（从水沸腾时开始计时），冷却后 于波长 540nm 处测其吸光度值。在上述条件下，每分钟产 生 1μmol 葡萄糖为 1 个酶活单位，U/mL。葡萄糖标准曲 线见发酵液还原糖和总糖的测定。
Study on the enzymolysis and saccharification conditions of corncob
HUANG Lin, ZHONG Min, WU Lin, SONG Jianhua, LIU Jia, TU Guoquan*
(College of Biological Science and Engineering, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China)
1501.73
纤维素酶
427.79
366.57
338.05
377.47
纤维二糖酶 12.47
15.65
11.92
13.35
β-葡聚糖酶 292.37
327.05
349.49
322.97
2.2 不同植物纤维素酶解糖化试验 将黑曲霉 X-1 菌株液体发酵制备的粗酶液分装至分
别加入 1%不同植物纤维素粉（稻草粉、木屑、玉米秸杆 粉、玉米芯粉、麸皮）且灭过菌的三角瓶中，50mL/ 瓶，摇 匀，塑料纸包扎后在 40℃水浴锅中酶解 3d，测定糖化液中 的总糖、还原糖和糖化率。结果（表 2）表明，黑曲霉 X-1 菌 株液体发酵制备的粗酶液对稻草粉、玉 米 秸 秆 粉 和 玉 米 芯粉糖化效果较好，尤其以酶解玉米芯粉效果最佳，糖化 液中总糖可达 7.27mg/mL，还原糖达 5.19mg/mL，糖化率 达到 22.2%，但对木屑和麸皮糖化效率不高，可能由于木 屑和麸皮结构更为致密而难以被酶解糖化。
图1 不同pH值（ A） 、温度（ B） 酶解糖化玉米芯的结果 Figure 1. Saccharification results of corncob treated at different pH
2008 No．21
·44· Serial No．198
China Brewing
Research Report
玉米芯酶解糖化条件研究
黄 林，钟 敏，武 琳，宋建华，刘 佳，涂国全 *
（江西农业大学 生物科学与工程学院，江西 南昌 330045）
摘 要：测定了黑曲霉X-1菌株液体发酵制备的粗酶液中酶的种类，以及利用该粗酶液对不同植物纤维素原料、pH值、温度、底物浓度 和酶解时间分别进行实验。结果表明：该粗酶液酶系组成为复合酶，除具有很高的木聚糖酶外，还含有较高的纤维素酶、β-葡聚糖酶 及少量的纤维二糖酶。同时得到酶解糖化玉米芯的最佳条件：pH4.5、温 度 45℃ ，加 入 3% 玉 米 芯 粉 酶 解 48h，糖 化 液 中 总糖达 17.94mg/mL，还原糖达14.16mg/mL，糖化率达到59.4%。 关 键 词：黑曲霉X-1，玉米芯，酶解糖化条件 中图分类号：Q814 文献标识码：A 文章编号：0254－5071（2008）21-0044-03
1 2 平均值
CK 0.59 0.61 0.60
稻草粉 3.75 4.78 4.27
木屑 1.40 1.64 1.52
玉米秸杆粉 6.04 6.54 6.29
玉米芯粉 6.85 7.69 7.27
麸皮 0.98 0.87 0.93
还原糖/ （mg·mL-1）
1 2 平均值 0.23 0.23 0.23 1.21 1.05 1.13 0.17 0.15 0.16 4.67 4.37 4.52 5.35 5.03 5.19 0.35 0.36 0.36
×100%
2 结果与分析 2.1 黑曲霉 X-1 菌株发酵产酶种类的测定
对黑曲霉 X-1 菌株液体发酵制备的粗酶液分别进行 木聚糖酶、纤维素酶、纤维二糖酶和 β- 葡聚糖酶活力测 定，结果（表 1）表明，黑曲霉 X-1 菌株液体发酵制备的粗 酶液中除具有很高的木聚糖酶外，还含有较高的纤维素 酶、β- 葡聚糖酶及少量的纤维二糖酶。可见该黑曲霉 X-1 菌株所产的酶系组成为复合酶，对分解玉米芯、玉米秸秆 和稻草秸秆等植物纤维素原料非常有利。
表 1 黑曲霉 X-1 菌株nation of the type of the crude enzymes produced
by Aspergillus niger X-1
U/mL
酶类
1
2
3
平均值
木聚糖酶 1480.49
1521.98
1502.73
酶解后粗糖液中总糖、还原糖和植物纤维素酶解成糖 的糖化率的测定：采用 DNS 法。
总糖（mg/mL）=
查曲线所得水解后葡萄糖毫克数×稀释倍数×0.9 测定取样体积
还原糖（mg/mL）=
查曲线所得水解后葡萄糖毫克数×稀释倍数 测定取样体积
糖化率
=（糖化液中总糖含量
- 植物纤维素中总糖含量 - 粗酶液中总糖含量）×糖化液体积 玉米芯粉含量 - 玉米芯粉中总糖含量
表 2 不同植物经纤维素糖化后的总糖、还原糖含量及糖化率 Table 2. Contents of total sugar and reducing sugar, and saccarifying
efficiency of different plant cellulose
底物
总糖/ （mg·mL-1）
粗酶液中纤维二糖酶酶活测定：方法同纤维素酶活 力测定，只是将底物分别换成 15mmol/L 纤维二糖溶液， 释放的还原糖量以葡萄糖为标准计算。酶活力单位定 义同上。
粗酶液中 β- 葡聚糖酶活力测定：方法同纤维素酶活 力测定，只是将底物分别换成 0.5%β- 大麦葡聚糖（SIGMA）， 释放的还原糖量以葡萄糖为标准计算。酶活力单位定 义同上。
4.5 5.0 pH值
5.5 6.0
35 30 25 20 15 10 5 0 自然
糖化率/%
总糖 还原糖 糖化率
总糖和还原糖含量/ （mg·mL-1）
10 B 8 6 4 2 0 30
35 40 45 50 温度/℃
40 35 30 25 20 15 10 5 0 60 自然
糖化率/%
总糖 还原糖 糖化率
随着人口的增长和人民生活水平的不断提高，能源危 机、食物短缺、环境污染等问题正日益严重的困扰着整个 世界，所以寻找开发新能源、节省粮食、减少环境污染的有 效途径，显得越来越重要。纤维素是地球上最丰富的可再 生资源，植物通过光合作用使光能以生物能的形式固定 下来，其生成量每年达 1000 亿 t，这些能量相当于目前为 止世界能量的 10 倍，并且这些生物能年复一年通过自然 界的物质循环生成，是永远不会枯竭的可再生资源。我国 秸秆资源十分丰富，据估计全国年产各类农作物秸秆达 6.2亿 t，占全世界秸秆总产量 20.30%。目前除少量用于造 纸、建筑、纺织等行业外，其余大部分未能充分开发和利 用，而是白白地烂掉或烧掉，有些甚至还造成严重的环境 污染。因此如何将纤维素转化为人类可利用的能源或物 质一直是中外学者关注的课题 [1] 。