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高产纤维素酶青霉菌的筛选和及产酶条件的研究

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《现代食品科技》 Voi.23No.3(总93) 高产纤维素酶青霉菌的筛选和及产酶条件的研究 胡丹,刘霞,雷颉 (南昌理工学院生物与环境工程系,江西南昌33001 3) 摘要:本文从稻田土壤中分离到—株产纤维酶活力高的x-5茵株,经形态特征及生理生化特征初步鉴定为半知茵亚门,丝孢纲, 丝孢目,丛梗孢科,青霉属(Penicillium)。对青霉茵X-5茵株进行发酵培养条件的研究结果表明,以5.o0/o ̄草粉为碳源,3.00/o豆饼粉为 氮源,装液量为60ml,接种量为5.o0/o,培养温度为26~28℃,初始pH4.5~6.0,培养120h,产酶活力最高,CMC酶活为75.72IU/ml, H’酶活为6.68 IUhn1. 关键词:纤维素酶:青霉属;液体发酵 中图分类号:Q93-331;文献标识码:A;文章篇号:1673.9078(2007)03-0014-04 Research on Screening of a High Cellulose-producting Penicillium Strain and Cellulose Producti0n HUDan,LIUXia,LEI Ji (Bi0l0gy and Environmental engineering,Nanchang Institute ofTechnology,NanChang 330013,China) Abstract:Strain X-5 which with lligh cellulos-produeing activity was obtained and identiifde to be Fungi Imperfecti,Moniliales, Moniliaceace,Aspergilleae,Penicillium..Productionofcellulasewascarriedoutby submergedfermentationwith SWdinX-5.The results showed thatthebestcarbon source,nitrogen source,mediumvolume,inoculum size,temperature,theiniitalpHvalue andculturingtimewere 5.O0A rice strawpowder,3.0o/0beancakemeal,60mL,5.∞ 26^28℃,4.5--6.0,and 120h,respectively.Undertheaboveconditions,thehighestactivitiesof CMCaseandFPaseinthefermentedbrothwere75.72ILl/riftand6.68IU/mL,respectively. Keywords:cellulase;Penicillium;submergedfermentation 纤维素是生物圈最丰富的有机物质,占植物界碳 1.1样品:稻田土壤 素的50%以上,同是也是自然界分布最广的有机化合 1.2培养基 物。 1.2.1增殖培养基 纤维素酶(Cenulase)是降解纤维素生成葡萄糖的 2g KH2PO4,1.4g(NH4)2SO4,0.3g MgSO4’7H20, 一组酶的总称,它不是单种酶,而是起协同作用的多种 0.3g CaCh,5mg FeSO4’7H2O,1.6mg MnSO4,1.7mg 酶系【l ,要使纤维素得以充分降解和利用,一方面要提 ZnCh,1.7mg COC12,20g CMC-Na,1000mL蒸馏水, 高酶的活力,另一方面要改善纤维素酶系各组分相对 pH5.5。 .. 含量。纤维素酶的工业化生产有固体发酵法和液体深 1.2.2分离筛选培养基【4】: 层发酵法2种,由于液体深层发酵法的培养条件容易控 ①刚果红纤维素琼脂:2.0g KH2PO4,0.25g 制,不易污染杂菌,生产效率高,已成为国外重要的研究 MgSO4,14.0g琼脂,2.0g明胶,1.88g纤维素粉,0.20g 和生产工艺【3】。 刚果红,1000mL水,pH7.0。培养基中的琼脂均需预 本课题对从稻田土壤中分离到的产纤维素酶菌株, 处理以除去可能存在的碳源。 采用液体发酵生产纤维素酿通过发酵条件的优化,筛 ②滤纸条培养基:直径1.5cm、长1.5cm试管中 选得到一株高产纤维素酶青霉菌,尤其是滤纸酶活较 加入上述刚果红纤维素琼脂5mL,加1条瓦特曼滤纸 高,具有广泛的应用前景。 (6era ̄lcm)垂直于试管中,一部分露出斜面,加棉塞 1材料、培养基与方法 121℃,30min下灭菌。 1.2._3鉴定培养基 收稿日期:2006-10-30 土豆200g洗净,去皮切成小块,煮沸15min后 作者简介:胡丹(1 980-),女。助教.研究方向为工业微生物 纱布过滤,定容至1000mL加1%葡萄糖、0 ̄05%胆酸 14 维普资讯 http://www.cqvip.com

《现代食品科技》 Modern Food Sd一∞and Toehnolo ̄ VoL23 No_3(总蚰) 钠和1.5%琼脂,pH 8.0。 1.2.4发酵培养基 2gI ̄-hPO4,30g豆饼粉,0.3gMgSO4,TH20,0.3g CaC12,5ragFeSO4。7H20,1.6mgMnSO4,1.7mgZnC12, 比值较大的6个菌落如表1,同时将这6个菌落分别 接入滤纸条培养基中,于30"(3静置培养,目测滤纸条 溃烂情况得表2。 表1刚果红平板分离筛选结果 筛选菌珠X-1 X-2 X-3 X-4 X-5 X-6 1.7ragCoCl2,50g稻草粉,100Oral蒸馏水,pH5.5。 1_3方法 1.3.1 纤维素酶生产菌的筛选【5J 1.3.1.1初筛方法 将少许样品放入含50mL增殖培养基的300mL的 三角瓶中,30 ̄C、200r/arin下培养3 ̄5d,然后分别稀 释涂布于分离筛选培养基上,观察菌落特征和透明圈 大小,同时将单个纯菌落分别接入滤纸条培养基中, 于30℃静置培养,定期目测滤纸条溃烂情况,选取透 明圈/菌落直径比值较大菌落及滤纸溃烂显著的菌株 进行产酶发酵试验。 1.3.1.2复筛方法 将初筛得到的几株菌制成孢子悬液(10 +/mE)。 在500mL三角瓶中装入液体发酵培养基50mL,于旋 转摇床上250r/airn,30℃培养4正将发酵液于4000 r/min离心30min,取上清液测其CIMC和FP酶活力, 2.1.2复筛结果 取上清液测其CMCase和FPA酶活力如表3,比 较各菌株在稻草上的产酶能力,得到酶活较高的X.5 菌株。 表3各菌株在粗酶液中的酶活单位:10/el_ 比较各菌株在稻草上的产酶能力,得到酶活较高的菌 株。 1.3.2纤维素酶活力测定【6J ①羧甲基纤维素酶(CMCase)活力:取适当稀 释的上清液0.5mL,以CMC-Na为底物,加入pH为 4.8的醋酸缓冲液0.5mL,以不加底物为对照,5O℃反 菌珠CMCase酶活X-1 X-2 X.3 X-4 X-5 X-6 3.33 1.29 6.64 2、86 32.8 1 60.08 4529 22.61 75.67 36.83 FPA酶活 2.44 5.23 2.2菌种鉴定 X.5菌株的菌落特征:菌落颜色为绿色,同心圆 花纹,孢子呈现绿色。 应30min,取出,加2mL DNS溶液,沸水浴中保持 5min,流水冷却,定容至25mL,混匀,在550rim处 比色。 显微镜观察结果如图1,子实体为帚状,其帚状 枝有单束的小梗,分生孢子小梗不分枝,产生单轮帚 状枝。无足细胞,菌丝有横隔。孢子成串或链状,单 个孢子为球状或圆形,非常光滑,常常带有青绿色。 单个孢子通过缢裂产生,是典型的分生孢子。 ②滤纸酶(FPA)活力:取适当稀释的上清液 0。5mL,以50rag(1em ̄6em)新华滤纸条为底物,加入 pH 4.8醋酸缓冲液0.5mL,以不加底物为对照,50"C 反应60min,取出,加入2mLDNS溶液,沸水浴中保 持5min,流水冷却,定容至25mL,混匀,在550nm 处比色。 依据文献资料【 ,初步鉴定为半知菌亚门,丝孢 纲,丝孢目,丛梗孢科,青霉属((Penicillium)) 酶活定义:以lmL酶液在lmin内分解底物生成 1 ̄mol葡萄糖的酶量定义为1个酶活单位 J)。 1.3.3菌株鉴定方法[7,。】 菌落观察和显微电镜观察。 2结果 2.1菌种筛选 2.1.1初筛结果 图1 Nc.7菌株的菌丝照片 通过刚果红平板分离筛选,得到透明圈庙落直径 2.3发酵条件对产酶的影响 l5 维普资讯 http://www.cqvip.com

《现代食品科技》 Modern Food sc 哺∞and Technology VoL23 N0.3【总93) 2.3.1不同碳源对产酶的影响 分别用4种不同碳源进行产酶试验,酶活测定结果 见表4。由表4可知,以稻草粉为碳源时羧甲基纤维 素酶和滤纸酶活力分别高达74.37 IU/mL和6.68 IU/mL,以玉米秆、麸皮和米糠为碳源时酶活稍低。因 此选用稻草粉为碳源进行产酶试验。 表4不同碳源对产酶的影响单位:IU/mL 2.3.2碳源添加量对产酶的影响 .在培养基中分别加入不等量碳源,其他发酵条件 不变,结果见表5。由表5可知,碳源不足不能满足 菌体生长,过多添加碳源并不能提高该菌产酶能力,考 虑经济效益,X-5菌株发酵所需最佳碳源量为5%。 表5不同碳源添加量对产酶的影响单位:I U/mL 2.3.3不同氮源对产酶的影响 分别用6种不同氮源进行产酶试验,酶活测定结 果见表6。由表6可知,以豆饼粉为氮源时酶活最高, 因此选用豆饼粉为氮源进行产酶试验。 表6不同氮源对产酶活力的影响单位:IU/ITL 氮源(N ̄hSO4 NHINo3 N ̄4C1尿素豆饼粉酵母膏 CMCase酶活 39.83 45.38 62.15 l1.07 76.03 24.37 FPA酶’活 3.06 3.69 5.09 0.71 6.44 1.38 2.3.4氮源添加量对产酶的影响 在培养基中分别加入不等量氮源,其他发酵条件 不变,结果见表7。测得X-5菌株发酵所需最佳氮源 量为3%。 表7不同氮源添加量对产酶的影响单位:lU/mL 2.3.5接种量对产酶的影响 设定不同接种量,其他发酵条件不变,结果见表 8。测得5%为最佳接种量,接种量不足或过大都会影 响纤维素酶的发酵产量。 表8不同接种量对产酶的影响单位:IU/mL 2.3.6培养基起始pH对产酶的影响 l6 将培养基pH调至不同的值,其他发酵条件不变, 结果见表9。产酶最适pT4为4.5 ̄6.0。 表9不同培养基起始pH值对产酶的影响单位:IU/mL 2.3.7培养温度对产酶的影响 于不同温度下进行产酶试验,结果见表1O。产酶 最适培养温度为26--28"C。 表1 0不同温度对产酶的影响单位:I U/at. 温度/℃ 24 26 28 30 32 CMCase酶活 51.95 73.94 74.42 65.19 50.22 FPA酶活4.03 6.55 6.49 5.37 3.98 2.3.8培养时间对产酶的影响 于不同培养时间取样,测定酶活,结果见表ll。培 养120h产酶达到高峰。 表11不同培养时间对产酶的影响单位:I U/at- 时间/h 24 48 72 96 120 144 168 CMCase百审话17.44 31A7 49.85 67.01 75.18 70.23 63.29 FPA酶活0.97 2.16 4.04 5.58 6.52 6.17 5.32 2.3.9通气量对产酶的影响 于250mL三角瓶装不同量培养基。进行产酶试验, 结果见表12。测得250mL三角瓶装60mL培养基能 获得最佳产酶效果。 表1 2不同装液量对产酶的影响单位:I U/ITL 装 ̄U]t/ml 20 40 60 80 100 ClvlCase酶活 45.75 66.13 75.72 62.96 42.o9 FPA酶活 3.64 5.11 6.68 5.29 3-3l 3结论 从稻田土壤中分离到一株产纤维酶活力高的X-5 菌株,经形态特征及生理生化特征初步鉴定为半知菌 亚门,丝孢纲,丝孢目,丛梗孢科,青霉属(Penicillium)。 对青霉菌X-5菌株进行发酵培养条件的研究结果表 明,以5.O%稻草粉为碳源,3.0%豆饼粉为氮源,在 250mL三角瓶中装60mL培养基,接种量为5.0%,培 养温度为26--28℃,初始pH4.5 ̄6.0,培养120h。产 酶活力最高,CMCase酶活为75.72 IU/IIlL,FPA酶活 为6.68 n『/mI,。 参考文献 【1】 King KW,Vessal ML.The production of eellulases[J]. Advanchem.ser'1969,(9):7・15. (下转第13页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

<现代食品科技》 Modern Food Selenee and Technology VoL23 NoJ( ̄93) 40.1%。豆浆中的蛋白质含量随加热时间的延长而增 加,而腐竹中蛋白质含量呈下降趋势,其原因可能是 是一拉就断,没有韧性。膜的韧性与豆浆浓度、豆浆 中蛋白质浓度、豆浆的pH值以及腐竹中蛋白质含量 密切相关。揭皮初期,蛋白质分子呈一种卷曲的紧密 结构,表面被水化膜包围着,具有相对的稳定性。通 过加热,蛋白质分子就从卷曲状态舒展开来,原来包 在卷曲结构内部的疏水基团就暴露出来,而原来在蛋 白质分子卷曲结构外部的亲水性基团都相应减少。随 着加热的进行,蛋白质分子间通过疏水键、二硫键的 结合,形成中间留有空隙的立体网络结构。随着加热 的继续进行,蛋白质过度变性,二硫键氧化,形成凝 胶的机会减少,到最后不能形成立体网络结构,就不 能在形成成膜。 3结论 蛋白质分子在长时间的加热过程中过度变性,分子内 二硫键增加,分子间二硫键减少,蛋白质分子交联的 机会降低,导致结合到腐竹中的蛋白质减少,其他成 分如总脂肪、中性脂和磷脂含量增加。 6O% 55% 咖50% 抽 惶;45% 皿 嘲40% 35% 3O% O 2 4 6 8 在揭皮过程中蛋白质含量和可溶性固形物含量随 加热时间延长而升高,其中可溶性固形物含量增幅大 时间/h 图3腐竹中蛋白质含量的变化趋势 2.5膜的韧性的变化规律 于蛋白质含量的增长,浆液的pH值随加热时间的延长 而降低0.4个pH值;腐竹中蛋白质含量随揭皮时间的 延长而降低,韧性也随之而降低。 参考文献 【l】 任广鸣.国外腐竹生产工艺研究概况【J].食品科学,1989, (5):44—45. 腐竹要求的口感有一定的韧性,通过质构仪拉伸 膜的力来反映膜的韧性,膜的韧性的变化如图4所示。 图中“0”点是开始揭第一张膜时拉力的大小,之后每 小时取一张膜。 350 300 250 200 【2] A hrneda A.,A lzagtat,Inteaz Alli.Protein-lipid inter- actions in food systems:review【J】.International Journal of FoodScienceandNutriiton,2002,53:249-260. 150 i00 5O O [3】 邓瑞君.优质腐竹生产的研究【『】.食品与机械,1998,(3): l9_20. [4】 张军合.腐竹生产工艺的改进研究【J].粮油加工与食品机 械,2001,(11):42—44. 0 2 4 6 8 【5】 [6】 韩智,石谷孝佑,李再贵,不同豆浆浓度和浆液深度对腐 竹生产的影响,农业工程学报,2005’2l(1 1):179.181 刘昭明.腐竹生产工艺原理研究【J].广西工学院学报, 1994,5(1):67—71. 时间/h 图4膜的韧性变化趋势 腐竹产品的韧性与大豆蛋白质分子之间聚合时形 成的键的数目有关。从图4可见,随着揭皮时间的延 长,膜的韧性呈下降的趋势,最后1h出来的膜,几乎 上接第16页) [2】 WoodTM.Properfie sa】耐modeof ̄on 0fceuulases【J]. Bioteehnol Bioeng.Symp,1975,(5):l11—137. 【7】 O.R菲尼马.食品化学IM].北京:中国轻工业出版社, 1991. 【5】 姚强,黄琰,陈冠军.产耐碱纤维素酶丝状真菌的筛选和鉴 定【J].山东大学学报,2005,(1):119,-,124 [6】 管斌,丁友,谢来苏等.还原糖测定方法的规范【J].无锡轻 工大学学报,1999,180):74-79 [3】 梁霆,王遂,莫志忠,等.纤维素酶液体深层发酵条件的研 究【J】.生物技术,1997,7(6):22-26. 【7】 周与良,邢来君.真菌学IM].北京:高等教育出版社,1986. 417-457. [4】 刘德海,王红云,等.纤维素酶高产菌株的选育及其生物学 性状的研究【J】.饲料工业,2005,18(26):24--26 【8】 戴芳澜.中国真菌总汇[M1.北京:科学出版社,1979.493 l3 

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