木聚糖酶固体发酵条件的试验

第26卷第5期2005年　10月

河南科技大学学报(自然科学版)

Journal of Henan University of Science and T echnology(Natural Science)

V ol.26N o.5

Oct.2005

基金项目:国家自然科学基金资助项目(30471028)

作者简介:杨燕凌(1974-),女,陕西渭南人,助理实验师.收稿日期:2005-04-11文章编号:1672-6871(2005)05-0093-02

木聚糖酶固体发酵条件的试验

杨燕凌

(福建农林大学生命科学院,福建福州350002)

摘要:对采用黑曲霉C3486固态发酵生产木聚糖酶的条件进行了研究。确定了所试因素的最佳组合:麸皮与玉米芯的比例为7∶3,氮源是1.0%硫酸铵,培养基起始pH值为自然pH值,250m L三角瓶中装培养基15g,培养时间为72h,温度为40℃,接种量为5%。在上述条件下木聚糖酶的平均产量可达14kU/g。

关键词:木聚糖酶;固态发酵;产酶条件

中图分类号:TS201.3;T Q929文献标识码:A

0　前言

木聚糖是一类分子结构为β21,42木糖苷键连接的木糖聚合物,是广泛存在于植物体内的一种半纤维素。木聚糖在动物消化道内不能被消化吸收,并且阻碍其它营养成分的消化利用,因而具有很强的抗营养特性[1]。木聚糖酶是一类水解木聚糖主干链内部β21,42木糖苷键的酶,该酶不仅在食品、饲料、纺织、能源工业中有着广阔的应用前景,而且在农作物残渣的利用及纸浆造纸工业中也有较大应用价值[2]。杨翔华[2]等分离、筛选出一株产木聚糖酶比活力高的优良菌株CY8,文献[3]等对嗜热真菌生产木聚糖酶的条件作了研究。但所有这些菌株所产木聚糖酶的活力都不高,工业化应用前景不大。由于固态发酵经济实用,采用廉价的玉米芯原料代替纯玉米芯木聚糖生产木聚糖酶是减少成本的一条有效途径[3,4]。为此本文进行了以麸皮玉米芯为主要原料进行固态发酵生产木聚糖酶的研究。

1　材料和方法

(1)菌种:黑曲霉C3486由武汉隆华生物股份有限公司技术中心提供。

(2)试剂:桦木木聚糖为Sigma公司产品;DNS(3,5-二硝基水杨酸)为中国医药集团上海化学试剂公司产品;DES(硫酸二乙酯)为上海硫酸厂双流工贸公司产品,其它试剂均为国产化学纯试剂。

(3)主要仪器:722型分光光度计测定分光光度值。

(4)培养基及培养条件[3,4]

液体种子培养基:马铃薯20%,葡萄糖2%,pH值为6.0,在100m L三角瓶中装入30m L,灭菌后接种,制成菌悬液的斜面孢子。

产酶培养基:培养基为玉米芯和麸皮按不同质量比混合,在250m L三角瓶中装入培养基约15g,于121℃灭菌30min,按5%的量接入液体菌种培养72h。

(5)木聚糖酶的测定方法

木聚糖酶活力的测定参照DNS法[3],酶样干燥后粉碎,用0.05m ol/L的柠檬酸缓冲液(pH6.3)浸提, 0.1m L适当稀释的酶液加入到0.9m L用0.05m ol/L、pH6.5柠檬酸钠缓冲液配制的1%桦木木聚糖底物溶液中,500℃反应10min,用DNS法测定释放的还原糖量。木聚糖酶活力单位U的定义为:在上述条件下,每分钟水解木聚糖生成1μm ol木糖所需要的酶量。

2　结果与分析

(1)麸皮和玉米芯的比例对产酶的影响。用10g麸皮和玉米芯按不同比例混合配制发酵培养基,接

表1　麸皮和玉米芯的比例对产酶的影响麸皮∶玉米芯9∶18∶27∶36∶45∶54∶63∶72∶81∶9酶活/(U/g )12350137201457013020123208430630045003200种后培养72h ,测其酶活,结果见

表1。从表1可看出麸皮比例有

一最佳值,这是因为麸皮是富含

多糖、蛋白质、维生素和矿物质等

常用的培养基成分,它既是碳源,又是氮源,还含有某些对微生物生长和产酶能起促进作用的因子。但麸皮过多,培养基粘性增大,不利于透气,影响生产规模和产量;而玉米芯含有丰富木聚糖,又能增加培养基孔隙,且成本比麸皮低得多,但玉米芯过多,菌丝生长缓慢,酶活低[4～7]。综合以上分析,本研究选用麸皮与玉米芯的比例为7∶3作为最佳配比。

表2　硫酸铵的添加量对产酶的影响硫酸铵添加量/%0.51 1.52 2.53 3.5酶活/(U/g )1230014610146201432012310111308200 (2)硫酸铵的添加量对产酶

的影响。用7g 麸皮和3g 玉米芯的混合物,与不同添加量的硫酸铵配制发酵培养基,接种后培养

72h ,测其酶活,结果见表2。从表2可看出硫酸铵添加量在1%、1.5%和2%时没有太大差异,从降低成本的角度考虑,宜选择1%的硫酸铵。

图1　培养基起始pH 值对产木聚糖酶的影响(3)起始pH 值对产酶的影响。用7g 麸皮和3g 玉米芯的混

合物,与1%的硫酸铵配制发酵培养基,接种后培养72h ,测其酶

活。培养基初始pH 值对木聚糖酶的合成有重大影响,pH 值不

仅会影响细胞膜所带的电荷,引起细胞对营养物质吸收状况的

变化,而且可以通过改变培养基中有机化合物的离子化作用程

度,对细胞施加间接影响,改变某些化合物分子进入细胞的状

况,从而促进或抑制微生物的生长差。

(4)培养温度对产酶的影响。用7g 麸皮和3g 玉米芯的混

合物,与1%的硫酸铵配制发酵培养基,自然pH 值。在25～45℃接种培养72h ,测其酶活,结果见表3。可以看出40℃最好。

(5)培养时间对产酶的影响。用7g 麸皮和3g 玉米芯的混合物,与1%的硫酸铵配制发酵培养基,自然pH 值。40℃下接种培养24～96h ,测其酶活。结果见表4,可以看出发酵72h 产酶量可达最大,因此72h 为最佳产酶时间。

表3　温度对产酶的影响

温度/℃2530354045

酶活/(U/g )3670806012980132106540表4　培养时间对产木聚糖酶的影响时间/h 24364860728496酶活/(U/g )12703350129801321013890126708970 (6)不同瓶装量对产酶的影响。用7g 麸皮和3g 玉米芯的混合物,与1%的硫酸铵配制发酵培养基,自然pH 值。在250m L 三角瓶中装入培养基5～20g ,40℃下接种培养72h ,测其酶活,结果表明瓶装量15g 为最好,产酶量为13910U/g 。

图2　接种量对产木聚糖酶的影响(7)接种量对产酶的影响。用7g 麸皮和3g 玉米芯的混合物,与

1%的硫酸铵配制发酵培养基,自然pH 值。在250m L 三角瓶中装

入培养基15g ,不同接种量接种,40℃培养72h ,测其酶活。结果表

明(图2):5%为最适宜的接种量。

3　结论

本研究对黑曲霉C3486固态发酵生产木聚糖酶的条件进行了

优化,其最佳组合为∶麸皮与玉米芯的比例为7∶3,氮源是1.0%硫

酸铵,培养基起始pH 值为自然pH 值,250m L 三角瓶中装培养基

15g ,培养时间为72h ,温度为40℃,接种量为5%。木聚糖酶的平均

产量达14kU/g 。(下转第101页)

・49・河南科技大学学报(自然科学版) 2005年