酵母菌产纤维素酶的发酵条件研究

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12 培养 36 h 后纤维素酶活性最高。选择起始发酵 pH 为 5、6 和 7 进行下一步正交试验。
纤维素酶活性 /(U·mL-1)
25
20
15
10
5
0
4Baidu Nhomakorabea
5
6
7
8
9 10
pH
图 8 起始发酵 pH 对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
表 2 L18(37) 正交试验结果
试 验 号
发酵 时间 /
h
温度 / ℃
菌体质量浓度 /(mg·mL-1) 纤维素酶活性 /(U·mL-1)
淀粉酶活性 /(U·mL-1)
纤维素酶活性 /(U·mL-1)
12 ~24 h 为对数生长期,24~48 h 为稳定期,48 h 后
为衰亡期。发酵液中的菌体质量浓度在 36 h 后达
到稳定,此后菌体质量浓度变化很小。
2.2 发酵菌种产纤维素酶特性的研究
秸秆 / %
麸皮 / %
蛋白 胨 /%
酵母 膏/%
1 24
28
5
0.4
3
0.20
0.10
2 36
30
6
0.8
5
0.25
0.20
3 48
32
7
1.0
7
0.30
0.25
2 结果与讨论
2.1 酵母菌的生长曲线和菌体质量浓度 酵母菌生长曲线和菌体质量浓度测定结果见图 1。
菌数的对数 logN
▲ 菌数的对数 logN
2.3 发酵菌种产淀粉酶特性的研究
分别测定酵母菌不同培养时间的淀粉酶活性,
试验结果见图 3。
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5
0
12 24 36 48 60 72 96 时间 /h
图 3 FWZ8-12 产淀粉酶曲线
从图 3 可见 :FWZ8-12 菌株开始淀粉酶活性 较低,这可能是因为 PDA 培养基中,由于存在一 定含量的葡萄糖,随着培养基中葡萄糖碳源的耗尽, 菌株开始合成淀粉酶,在 36 h 时,FWZ8-12 酶活 达到最高。 2.4 单因素试验对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响 2.4.1 秸秆含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
从图 4 可见 :培养基中其他成分不变,秸秆含
18.0 16.0 14.0 12.0 10.0
8.0 6.0 4.0 2.0
0 0.4 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 秸秆含量 /%
图 4 秸秆含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
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量为 1 % 时,FWZ8-12 培养 36 h 后纤维素酶活性 最高。选择秸秆含量 0.4 %、0.8 % 和 1 % 进行下 一步正交试验。 2.4.2 麸皮含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
从图 5 可见 :培养基中其他成分不变,麸皮含 量为 5 % 时,FWZ8-12 培养 36 h 后纤维素酶活性 最高。选择秸秆含量 3 %、5 % 和 7 % 进行下一步 正交试验。
纤维素酶活性 /(U·mL-1)
30
25
20
15
10
5
0 0.10 0.20 0.25 0.30 0.35 0.50 蛋白胨含量 /%
图 7 蛋白胨含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
2.4.5 起始发酵 pH 对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响 从图 8 可见 :当发酵起始 pH 为 6 时,FWZ8-
纤维素酶活性 /(U·mL-1)
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0
1
3
5
7
9 11
麸皮含量 / % 图 5 麸皮含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
2.4.3 酵母膏含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响 从图 6 可见 :培养基中其他成分不变,酵母膏
含量为 0.1 % 时,FWZ8-12 培养 36 h 后纤维素酶 活性最高。选择秸秆含量 0.1 %、0.2 % 和 0.25 % 进行下一步正交试验。
按照上述培养方法,分别在 2、4、8、12、24、 36、48、60、72 和 96 h 取培养液 10 mL,稀释一定 倍数后,涂平板,30 ℃静置培养 36 h 后,菌落计数。 1.3.3 酵母菌生物量的测定
15 mL 塑料离心管于 65 ℃烘箱中烘干至恒重, 放入干燥器中冷却后,分别称质量,备用。按照上 述培养方法,分别在 12、24、36、48、60、72 和 96 h 取培养液 10 mL 放入事先准备好的离心管中, 4 000 r/min 离心 10 min,弃去上清液,然后放入 65 ℃ 烘箱中烘干至恒重。
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纤维素酶活性 /(U·mL-1)
20
15
10
5
0
0.10 0.20 0.25 0.30 0.35 0.50
酵母膏含量 /%
图 6 酵母膏含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
2.4.4 蛋白胨含量对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响 从图 7 可见 :培养基中其他成分不变,蛋白胨
含量为 0.25 % 时,FWZ8-12 培养 36 h 后纤维素酶 活性最高。选择秸秆含量 0.2 %、0.25 % 和 0.3 % 进行下一步正交试验。
分别测定酵母菌不同培养时间的纤维素酶活
性,试验结果见图 2。
16.0 14.0 12.0 10.0
8.0 6.0 4.0 2.0
0 12 24 36 48 60 72 96 时间 /h 图 2 FWZ8-12 产纤维素酶曲线
从图 2 可见:FWZ8-12 纤维素酶活性变化明显,
在 36 h 时达到最高。
87.65 68.03
R 38.90 38.27 5.11 19.69 11.38 15.87 19.62
2.5 正交试验对 FWZ8-12 产纤维素酶的影响
试验结果见表 2。
通过不同的培养条件和培养基成分发酵试验,
极差分析表明 :培养条件中对 FWZ8-12 产纤维素
酶影响最大的是发酵时间,影响最小的是起始 pH ;
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1.3.5 滤纸酶活力的测定 按照宋桂经等的方法。酶活定义 :1 mL 发酵液
在 1 h 内催化底物产生 1 μmol 葡萄糖所需的酶量定 义为一个酶活单位,以 Uc 表示。1 U = 1μmol 葡 萄糖 /(1 h·1 mL 发酵液)。 1.3.6 淀粉酶活的测定方法
秸秆 含量
麸皮 蛋白胨 酵母膏 含量 含量 含量
K1 94.13 94.13 76.38 69.01 73.35 72.25 80.08
纤维素酶活性 / K2 86.40 82.07 81.49 78.05 84.73 88.12 (U·mL-1) K3 55.23 55.86 77.89 88.70 77.68 75.39
1 材料与方法
1.1 菌种 酵母菌 FWZ8-12,由大连大学生物工程学院
发酵工程实验室选育。 1.2 培养基
酵母菌保藏培养基 :麦芽汁培养基 ;斜面培养 基 :土豆琼脂培养基 (PDA) ;发酵培养基 :液体发
收稿日期 :2010 - 05 - 26 基金项目 :国家“863”计划项目(海洋低温纤维素酶中试研
关键词 酵母菌 纤维素酶 正交设计
动物饲料中的秸秆主要成分是粗纤维,包括纤 维素、半纤维素、多缩戊糖及镶嵌物质等。纤维素 属于木质天然纤维,其结晶度和聚合度均很高,不 容易被动物本身降解。为提高牛羊等对秸秆的消化 率和吸收率,目前反刍动物饲用酶制剂运用的生物 酶系和菌种筛选成为研究重点。自然界中很多真菌 都能分泌纤维素酶。目前国内外研究中,产纤维素 酶的菌株主要是绿色木霉、康氏木霉和黑曲霉等霉 菌,但由于霉菌发酵后霉味明显,降低饲料的适口 性,不利于反刍动物饲用酶制剂的应用。而实验室 筛选的酵母菌 FWZ8-12 发酵后,产物无霉味,酒 香味明显。对该菌株产纤维素酶的发酵条件通过单 因素试验和正交试验进行了优化,对该菌株在动物 饲料复合酶制剂的生产应用中有着重要的作用。
计算公式 :Ws = (Wn-W0-Wck)/10 Ws 菌体质量 (mg/mL 发酵液 ) ;Wn 酵母菌体 与 离 心 管 的 质 量 (mg) ;W0 离 心 管 的 质 量 (mg) ; WckPDA 液体培养基离心后质量 (mg)。 1.3.4 粗酶液制备 发酵液于 4 ℃,5 000 r/min 离心 15 min,上清 液即粗酶液。
培养基中秸秆含量对 FWZ8-12 产纤维素酶影响最
大,说明纤维素酶是诱导酶。
试验结果表明 :2 号条件纤维素酶活最高,也
就是当培养基中,秸秆含量 0.8 %、麸皮含量 5 %、
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蛋 白 胨 含 量 0.25 %、 酵 母 膏 含 量 0.2 %, 发 酵 起 始 pH 为 6,30 ℃发酵培养 24 h 后,酶活达到最高 22.45 U 葡萄糖 /(1 h·1 mL 发酵液)。
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酵母菌产纤维素酶的发酵条件研究
董 硕 1 迟乃玉 1 王 鑫 1 陈 璨 2 张庆芳 1 1. 大连大学生物工程学院 2. 大连工业大学生物与食品工程学院
摘 要 利用单因素试验和正交设计方法研究秸秆、麸皮、蛋白胨和酵母膏含量及起始 pH 等不同条 件对酵母菌 FWZ8-12 产纤维素酶的影响。研究结果表明 :在这些影响因素中,秸秆添加量对纤维素酶产 量影响最大。培养基中秸秆 0.8 %、麸皮 5 %、蛋白胨 0.25 % 和酵母膏 0.2 %,发酵起始 pH 为 6,30 ℃发酵 培养 24 h 后,纤维素酶活力 22.45 U 较优化前提高了 1.9 倍。
究及小规模生产,2007AA091505) 通信作者 :张庆芳
酵秸秆粉培养基 ;酵母菌计数用培养基 :PDA 固体 培养基。 1.3 试验方法 1.3.1 培养方法
250 mL 三角瓶装培养液 100 mL,按 5 %的接 种量接入菌种,摇床转速 180 r/min,30 ℃培养, 按时间取样测定。 1.3.2 酵母菌生长曲线的测定
5 0.30 0.25
18.59
5 36 30 6 1.0
7 0.20 0.10
18.90
6 36 32 7 0.4
3 0.25 0.20
13.83
7 48 28 6 0.4
7 0.25 0.25
11.96
8 48 30 7 0.8
3 0.30 0.10
9.40
9 48 32 5 1.0
5 0.20 0.20
起始 pH
秸秆 麸皮 蛋白胨 含量 /% 含量 /% 含量 /%
酵母膏 含量 /%
纤维素酶活性 / (U·mL-1)
1 24 28 5 0.4
3 0.20 0.10
16.91
2 24 30 6 0.8
5 0.25 0.20
22.45
3 24 32 7 1.0
7 0.30 0.25
12.69
4 36 28 5 0.8
15 36 32 5 0.8
7 0.25 0.10
9.14
16 48 28 7 0.8
7 0.20 0.20
11.54
17 48 30 5 1.0
3 0.25 0.25
9.08
18 48 32 6 0.4
5 0.30 0.10
4.07
表 3 L18(37) 正交试验结果分析
项目
发酵 时间
温度
起始 pH
根据单因素试验结果,选择影响液体发酵产 纤维素酶的 7 种发酵条件,温度、发酵时间和起始 pH 及秸秆、麸皮、蛋白胨和酵母膏含量 7 个因素 3 个水平,采用 L18(37) 正交试验优化发酵条件。各 因素的试验取值见表 1。
表 1 纤维素酶发酵条件正交试验的影响因素和水平 影响因素
水 发酵 温度 / 起始 平 时间 /h ℃ pH
9.19
10 24 28 7 1.0
5 0.25 0.10
21.67
11 24 30 5 0.4
7 0.30 0.20
13.47
12 24 32 6 0.8
3 0.20 0.25
6.94
13 36 28 6 1.0
3 0.30 0.20
17.18
14 36 30 7 0.4
5 0.20 0.25
8.77
◆ 菌体的质量浓度
9.0
30.0
8.5
8.0
25.0
7.5
7.0
20.0
6.5
6.0
15.0
5.5
5.0
10.0
4.5
4.0
5.0
2 4 8 12 24 36 48 60 72 96
时间 /h
图 1 FWZ8-12 生长曲线和菌体质量浓度
从图 1 可见 :FWZ8-12 菌株 0~12 h 为停滞期,
3,5 二硝基水杨酸比色法。酶活定义 :1 mL 发 酵液在 10 min 内催化底物产生 1 mg 麦芽糖所需的 酶量定义为一个酶活单位,以 Ud 表示。1 U = 1 mg 麦芽糖 /(10 min·1 mL 发酵液)。 1.3.7 发酵培养基单因素试验
分别控制秸秆、麸皮、蛋白胨和酵母膏含量及 起始 pH,进行单因素试验。 1.3.8 正交设计
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