造纸污泥同步糖化发酵生产燃料乙醇

以卫生纸厂初级污泥作为生物质原料,采用同步糖化发酵法生产燃料乙醇,对其工艺条件进行了优化,并考察了3种非离子表面活性剂(Tween-20、Tween-60、Tween-80)对造纸污泥同步糖化发酵的促进效果.结果表明:合适的工艺条件为反应温度36℃、底物质量浓度100 g/L、酵母接种量6%(体积分数)、纤维素酶用量25 FPU/g;Tween-20能显著促进造纸污泥的同步糖化发酵,添加0.2%的Tween-20时,乙醇产率提高14%;上述工艺条件下反应48 h的乙醇质量浓度达19.5 g/L,是理论值的63.9%.对同步糖化发酵前后污泥及发酵液的主要化学成分进行分析,发现大量纤维素已糖化发酵成乙醇,仅少量半纤维素发生水解,水解产物木糖不能被酵母有效利用发酵成乙醇.扫描电镜分析显示造纸污泥经同步糖化发酵后,长条状的纤维大多被破坏,同时出现了大量椭球状的酵母细胞.     

绿色木霉BGL Ⅰ基因在酿酒酵母中的克隆表达及其纤维素乙醇发酵

采用反转录PCR方法从绿色木霉AS3.3711的总mRNA中获得了编码β-葡萄糖苷酶Ⅰ(BGL Ⅰ)的基因bgl1.序列测定表明该基因片段长2235 bp,编码744个氨基酸残基,与里氏木霉的bgl1序列完全相同.将其插入高拷贝数整合型表达载体PScIKP,构建了重组质粒PScIKP-bgl1.线性化后转化工业酿酒酵母AS2.489菌株,利用高浓度G418筛选高抗转化子,经SDS-PAGE蛋白电泳证明获得了能高效稳定分泌表达重组BGL Ⅰ的转化子.重组BGL Ⅰ酶能直接水解培养液中的纤维二糖,在84 h测得酶活最大值为0.978 u/mL.重组BGL Ⅰ酶最佳反应温度为60℃,最适反应pH为4.0～5.0,并且能以纤维二糖为惟一碳源发酵乙醇,发酵90h能够用重铬酸钾氧化比色法检测到乙醇的体积分数为0.51%.结果表明:成功克隆并在酿酒酵母中表达了一种高活性的β-葡萄糖苷酶,对于工业上直接利用纤维素为惟一碳源发酵生产乙醇的研究有重要意义.     

芦荟叶皮β-葡萄糖苷酶的分离纯化及酶学性质

库拉索芦荟叶皮经匀浆、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液抽提,硫酸铵分级沉淀,DEAE-Sepharose fast flow层析和Superdex-200prep grade层析,获得电泳纯的β-葡萄糖苷酶(β-Glucosidase,BGL).纯化结果是β-葡萄糖苷酶比活力为98.48U/mg,纯化倍数为328.27倍,酶活性回收率为9.87%,全酶分子质量约为69.3kD,亚基分子质量约为69.7kD.酶学性质研究表明:β-葡萄糖苷酶的最适反应温度和最适反应pH值分别为40℃和5.0;在20~30℃及pH4.0~8.0范围内稳定性较好;最适条件下,以pNPG为底物的K_m值为2.21mmol/L,V_(max)为1.381μmol/(min·L).乙醇,抗坏血酸,Mn~(2+),K~+对该酶活性具有激活作用;SDS,Cu~(2+)对该酶活性具有强烈抑制作用;异丙醇,EDTA,尿素,Mg~(2+),Li+对该酶活性影响较小;甲醇对该酶有双重作用.     

海藻酸钠固定化β-葡萄糖苷酶的制备及其性质研究

在活性炭、明胶等8种固定化载体筛选的基础上研究了以海藻酸钠为载体,戊二醛为交联剂固定化β-葡萄糖苷酶的条件,并对固定化酶的酶学性质及其在催化制备大豆异黄酮活性苷元染料木素中的应用进行了研究。β-葡萄糖苷酶在0.20%戊二醛溶液中交联2 h后再与20 g/L海藻酸钠混合,然后逐滴加到4 g/LCaCl2溶液中,固化1 h后过滤、洗涤得固定化β-葡萄糖苷酶,固定化酶的酶活回收率为83.67%。固定化酶的最适温度、热稳定性、pH值稳定性以及与底物的亲和力都有所提高,最适pH值基本不变。该固定化酶重复使用6次后其活力仍保持90.94%,染料木苷转化率达60.02%。     

乳酸对东方肉座菌β-葡萄糖苷酶的抑制动力学

为探讨糖化共发酵同步进行的过程中发酵产物对纤维素酶活力的影响,研究了乳酸对纤维素酶组分中β-葡萄糖苷酶(BG)活力的影响.结果显示:乳酸对BG活力有不同程度的抑制,该作用具有显著的浓度效应,其半抑制浓度IC_(50)=0.19mol/L;乳酸对BG的抑制类型是可逆的竞争性抑制,抑制常数K_I=0.149mol/L.应用底物反应动力学方法研究酶抑制动力学,建立了抑制动力学模型,发现乳酸对BG的影响是缓慢可逆失活的过程,底物对其有明显的保护作用,测得其正向速率常数k_(+0)为0.4L/(mol·min),逆向速率常数k-0为0.056min~(-1).该结果为纤维素糖化共发酵进程调控提供了理论依据.     

餐饮垃圾制备乙醇的同步糖化发酵研究

为建立一种针对餐饮垃圾的同步糖化发酵技术,进一步提高乙醇的产率,以期早日实现工业化,通过将单酶以两两组合或三个混合的方式筛选最优酶组合,结果显示终酶活力120 U/g的糖化酶与300 U/g的异淀粉酶之间的协同作用最好,葡萄糖产量达130.29 g/L。利用酿酒酵母CICC 1346、终酶活力为120 U/g的糖化酶和300 U/g的异淀粉酶对餐饮垃圾进行了同步糖化发酵(SSF)和分步糖化发酵(SHF),结果显示SSF和SHF的乙醇产量分别为49.48 g/L和45.89 g/L,糖醇转化率分别为91.7%和77.1%。SSF与SHF相比存在操作简单、发酵时间短和乙醇产率高的优势,已具备了工业化应用的价值。     

蔗糖异构酶PalI包埋和交联固定化方法比较

采用海藻酸钠包埋法和戊二醛交联法两种固定化方法,对来源于Klebsiella sp. LX3的蔗糖异构酶PalI的稳定性和可重复利用性进行研究。结果发现,海藻酸钠包埋法在海藻酸钠、CaCl2 质量分数为1.5%、2%时,所得固定化酶的酶活最高,其最适反应温度为40℃,最适pH值为6;戊二醛交联法在(NH₄)₂SO₄质量分数为90%,戊二醛体积分数为2.5%时得到的固定酶酶活最高,交联酶的最适反应温度为50℃,最适pH值为5。通过对酶的稳定性比较,两种方法酶稳定性都优于游离酶。4℃保存20d后游离酶的酶活降低到30%,而戊二醛交联酶活性在95%以上,海藻酸钠固定化酶残余酶活仍在60%左右。戊二醛交联法固定酶活性优于海藻酸钠固定化酶,重复利用12次戊二醛交联酶,其残余酶活仍为80%。     

添加外源物对蒸汽爆破玉米秸秆酶水解性能的影响

研究了8种添加物辅助单、双酶水解蒸汽爆破玉米秸秆的效果和规律。结果表明,在8种外源物中,添加Tween-80对β-葡萄糖苷酶和纤维素酶水解的促进作用最佳,可显著提高酶水解得率和酶活的稳定性。在底物纤维素质量浓度为50 g/L、纤维素酶用量为15.0μmol/(min.g)、β-葡萄糖苷酶用量为30.0μmol/(min.g)的条件下,添加4.0 g/L Tween-80反应48 h,纤维素水解生成葡萄糖和总还原糖的酶解得率分别达到86.85%和93.45%,较空白对照分别提高了7.34%和9.59%,其中可发酵性葡萄糖占总还原糖的92.94%。进一步考察该酶解条件下的蛋白质和酶活回收率,结果表明:添加Tween-80后可溶性总蛋白质的回收率提高了56.83%,β-葡萄糖苷酶和纤维素酶酶活回收率分别提高了16.87%和40.04%。     

发酵产物对灰绿曲霉β-葡萄糖苷酶活力的影响

从自行筛选出的灰绿曲霉XC-9菌株的发酵液得到活力较高的纤维素酶,分离纯化出其中的β-葡萄糖苷酶(BG).探讨发酵产物对酶活力的影响,乙醇、乙酸、乳酸对酶活力有不同程度抑制,抑制强度依次为乳酸乙酸乙醇,其半抑制浓度(IC50)分别为0.09,0.34和4.4mol/L.它们对BG的抑制作用均表现为非竞争性可逆抑制,抑制常数分别为0.7%(0.083mol/L)、2%(0.315mol/L)、26%(4.25mol/L),实验结果表明它们不是结合在酶活性中心的底物结合部位上,而是结合在其以外的必需基团上抑制酶活力.随着乙醇浓度上升,BG最适反应温度逐渐降低,乙醇达到20%(体积分数,下同)时,BG最适温度由60℃降到50℃.在低体积分数乙醇溶液(小于16%)中的BG活力高过无乙醇溶液中的BG活力.荧光光谱分析表明,高浓度乙醇可使BG分子构象松散,导致变构失效.该研究为纤维素酶发酵进程控制提供了理论依据.     

以甜高粱渣为原料发酵生产乙醇

研究了以甜高粱渣为原料生产燃料乙醇：甜高粱渣经磷酸水解,水解液中和浓缩后接入管囊酵母（Pachysolen tannophilus）发酵生产乙醇,水解残渣加入纤维素酶和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）同步糖化发酵。通过正交实验研究了磷酸水解甜高粱渣的条件,最优条件为：磷酸浓度80g/L、反应温度120℃、反应时间80min、固液比1∶10,最大还原糖得率为0.3024g/g干物料。水解液管囊酵母发酵最大乙醇浓度为14.5g/L;水解残渣同步糖化发酵,当底物浓度为5%时最大乙醇浓度达5.4g/L。总乙醇产率为0.147g/gDM。     

预处理玉米秸秆中抑制物对酶解与发酵影响研究

玉米秸秆在预处理过程中会生成酵母抑制物,不利于发酵产乙醇。本文考察了七种模型抑制物对酵母菌发酵乙醇的影响,并对预处理玉米秸秆（PCS）进行了脱毒试验,研究了酶解与同步糖化发酵过程。得到,对酿酒酵母FE-B抑制作用由强到弱为苯系化合物＞呋喃衍生物＞弱酸类;水洗至中性后挤压PCS的酶解和发酵效果均好于未处理和挤压处理PCS,在固含量为30%的酶解与发酵体系中,72 h葡萄糖浓度为12.23%,发酵24 h乙醇浓度达到5.82 w%。     

低温脂肪酶产生菌筛选与鉴定、产酶条件及酶学性质研究

 昆明东站一家屠宰厂冷库中筛选到14株产脂肪酶低温菌株.选取1株胞外低温脂肪酶高产菌,进行显微形态及生理生化特征、16S rRNA基因序列分析,将其初步鉴定为Yersinia enterocolitica的一株菌,命名为KM1.对该菌发酵产酶条件研究,发现其最佳产酶发酵条件为:培养温度13℃,pH7.2,摇瓶培养时间54h.在最佳产酶发酵条件下酶活由1.8U/mL提高到3.1U/mL,提高了72%.对该菌脂肪酶的酶学性质研究表明:在0℃时仍具有最高酶活的20%,最适反应温度37℃,最适反应pH为9.0.在25℃以下,pH7.2～10范围内均能保持良好的稳定性.该酶在有机溶剂中较稳定,即使在50%的甲醇中仍能保持60%以上的活性,该酶的最适底物为C₈的酯化物,且对C₄～C₁₂的酯化物均有较好的催化能力.     

一株嗜热链球菌乳糖酶的分离纯化及酶学特性研究

微生物来源的乳糖酶应用广泛,具有酶源丰富、产量高、生产成本低、周期短等特点,备受生产企业关注。基于一株分离自传统乳制品的产乳糖酶的嗜热链球菌GST-6,采用单因素实验对影响该菌株产乳糖酶的碳源、氮源、发酵温度、发酵时间、培养基初始pH值及金属离子等进行研究,确定影响产乳糖酶的主要因素。采用响应面法对影响产酶的关键因素进行优化,确定最佳产酶的发酵条件,基于最佳发酵条件发酵,制取粗酶液。通过硫酸铵分级沉淀,DEAE-SepHarose Fast Flow离子交换柱和SepHadex G75层析柱对提取的乳糖酶粗酶液进行纯化,得到乳糖酶的纯酶。进一步对该酶的酶学特性进行研究,结果表明:影响嗜热链球菌GST-6产乳糖酶最主要的3个因素分别为培养基初始pH值、接种量和乳糖浓度,其存在显著影响且有交互作用。乳糖质量浓度为25.00g/L,pH值为6.78,接种量为1%时,酶活性最大,为112.63U/mL。酶学特性研究表明,乳糖酶的最适硫酸铵分级沉淀的饱和度为10%~50%;乳糖酶活性与温度成正比,在30~40℃热稳定性最好;最适pH值为6,pH值在5~6时酶的稳定性最好;锰离子对酶的激活作用最强,铜离子对酶具有较强的抑制作用。抑制剂中,SDS对酶的抑制作用最强,α乳糖次之,EDTA最差。该酶的酶促反应动力学结果为V_max=2.20μmol/min,K_m=0.27mmol/L。     

黄曲霉产胞外β-1,3-1,4-葡聚糖酶的发酵条件优化

研究发现一株高产β-1,3-1,4-葡聚糖酶的黄曲霉菌株,优化了其产酶条件并考察了粗酶潜在的工业应用价值。依次采用单因素法和响应面分析法优化该菌发酵产酶条件,得到其优化产酶条件:麸皮19g/L、磷酸氢二铵30g/L、吐温-60 21g/L、NaCl 5g/L、MgSO₄·7H₂O 0.5g/L、KH₂PO₄ 0.75g/L、培养基初始pH值8.0、培养温度38℃、培养时间6d。在此条件下,黄曲霉能够分泌的最高胞外β-1,3-1,4-葡聚糖酶酶活达155.9U/mL。水解研究发现,该酶能高效降解大麦粉和燕麦粉中的β-葡聚糖,并直接生成葡萄糖。这些结果表明,黄曲霉能高效分泌β-1,3-1,4-葡聚糖酶,且该酶具有较强的工业应用前景。     

响应面法优化黑曲霉产β-葡萄糖苷酶培养基的研究

为获得黑曲霉Aspergillus niger M85菌株较高的β-葡萄糖苷酶酶活,本文采用响应面法对该菌株产β-葡萄糖苷酶关键发酵过程参数进行优化。Plackett - Burman试验结果表明,麸皮和MgSO4?7H2O的浓度对产酶结果影响显著。采用最陡爬坡实验逼近最大响应区域,得到麸皮浓度为17 g/L,MgSO4?7H2O浓度为8 g/L,结合中心组合实验及响应面法分析建立了以β-葡萄糖苷酶酶活力为响应值的二次回归方程模型：Y=-19.1057+0.4526X2+ 3.8260X5-0.02775X2X5- 6.3569×10-3X22-0.2085X52 。对方程求极值点得到优化的发酵过程参数：麸皮浓度为18.345 g/L,MgSO4?7H2O浓度为7.963 g/L。在优化后的发酵条件下培养4天,菌株产β-葡萄糖苷酶活力可达0.2640 U/mL,比优化前提高了61.97%。预测模型可靠性高,可应用于β-葡萄糖苷酶发酵条件的优化。产酶进程结果表明：发酵5天后β-葡萄糖苷酶活力可达到最高值0.3334 U/mL,还原糖浓度仅为0.49g/L。     

信号肽对木聚糖酶在马克斯克鲁维酵母中分泌表达的影响

马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)是一种新型的非常规酵母,具有生长快、分泌能力强、安全性高等优势.在酵母表达系统中,分泌信号肽不仅介导了外源蛋白沿着正确途径分泌到胞外,也在蛋白质翻译后加工等方面发挥了重要作用.本文分别研究了酿酒酵母α-Factor信号肽和克鲁维酵母菊粉酶信号肽对耐热木聚糖酶在马克斯克鲁维酵母中的分泌表达影响.工程菌摇瓶发酵72h后,在含有菊粉酶信号肽和α-Factor信号肽的工程菌株的发酵上清中,木聚糖酶酶活分别为318.91U/mL和117.90U/mL,表明马克斯克鲁维酵母表达木聚糖酶时,菊粉酶信号肽介导的蛋白分泌表达效果优于α-Factor信号肽.重组表达木聚糖酶最适反应条件是pH5.5和65℃,在75℃处理1h后,该酶的剩余酶活保留73%以上.在5L发酵罐中,重组菌高密度发酵72h,木聚糖酶酶活高达157 757U/mL,结果表明,马克斯克鲁维酵母表达系统在工业酶领域中应用具有非常广阔的前景.     

巴伦葛兹类芽孢杆菌β-葡萄糖苷酶的表达、酶学性质及结构解析

从克隆巴伦葛兹类芽孢杆菌CAU904中克隆得到一个β-葡萄糖苷酶基因,并在大肠杆菌中进行了异源表达,研究了重组酶的酶学性质,进一步解析了该酶的晶体结构。研究结果表明,该酶的最适温度和pH值分别为50℃和7.5。该酶底物特异性较广,能够水解β-1,2、β-1,3、β-1,4、β-1,6-糖苷键等在内的多种糖苷键,对昆布多糖、大麦β-葡聚糖和地衣多糖等聚糖均有水解作用。晶体结构信息表明,该酶呈现糖苷水解酶(GH)3家族典型的多结构域结构,其催化口袋由类似(α/β)₅的三明治结构域和(β/α)₈折叠桶结构域中间的loop构成,其中芳香氨基酸残基Trp748侧链提供-1位结合位点,Trp749侧链提供+1位结合位点,Trp131侧链提供+2位结合位点,这些芳香氨基酸残基形成了一个小的口袋和疏水性环境,不利于转糖苷反应。     

低浓度尿素对橡胶籽β-葡萄糖苷酶活性和稳定性的影响

为了促进橡胶籽资源的充分利用,本研究以橡胶籽β-葡萄糖苷酶为研究对象,通过对其添加不同浓度的尿素后,测定了β-葡萄糖苷酶残余酶的活性变化,探讨了尿素对β-葡萄糖苷酶活性及其热稳定性的影响,同时以内源荧光光谱分析法研究了不同浓度的尿素对酶结构的影响.结果表明,添加低浓度的尿素时,β-葡萄糖苷酶水解p NPG的活力上升,极限温度下其失活半衰期也得以延长,72℃下等电点纯化β-葡萄糖苷酶的热失活半衰期延长47. 62%;当在β-葡萄糖苷酶溶液中添加高浓度尿素时,酶活下降明显,72℃下其失活半衰期缩短30%.荧光光谱显示,添加低浓度尿素时所引起的酶蛋白结构的变化更利于蛋白结构的稳定;低浓度尿素作用下β-葡萄糖苷酶的活性和稳定性提升,这可能是由于蛋白结构的变化有利于酶与底物的相互作用,从而致使酶活提升的缘故;此外,由于该结构较为稳定,因此热处理时其稳定性较高.     

嗜热侧孢霉2441纤维素酶产酶条件优化及突变株选育

为了提高嗜热侧孢霉2441纤维素酶的产量,对产酶条件进行了优化,测定了酶的特性,对选育抗葡萄糖效应突变株和中温型突变株进行了探索.实验中酶活力测定以微晶纤维素、CMC-Na和水杨苷为底物,DNS法测定还原糖;产酶条件优化采用正交试验设计,以微晶纤维素酶活为指标;通过NTG诱变和UV诱变选育抗葡萄糖效应突变株和中温型突变株.结果表明:产酶条件优化后,嗜热侧孢霉2441的纤维素酶活极显著提高(P0.01);2441的微晶纤维素酶、CMC-Na酶和β-葡萄糖苷酶的最适作用温度分别为60℃、65℃、70℃,最适作用pH值均为5.5,温度高于70℃及碱性条件下,酶活力显著下降;选育的抗葡萄糖效应突变株N20-01,微晶纤维素酶活提高13.203%,CMC-Na酶活提高47.176%,β-葡萄糖苷酶活提高119.517%;选育的中温型突变株U40-03,在32℃培养时与2441在45℃培养时相比,微晶纤维素酶活提高11.411%,CMC-Na酶活提高29.484%,β-葡萄糖苷酶活提高54.759%.     

固定化β-葡萄糖苷酶的酶学性质

以壳聚糖微球为载体构建了固定化β-葡萄糖苷酶,研究了固定化和游离β-葡萄糖苷酶的酶学性质.结果表明:固定化和游离β-葡萄糖苷酶的最适pH均为4.5;固定化β-葡萄糖苷酶的最适温度为60℃,比游离酶低5℃;固定化β-葡萄糖苷酶的pH稳定性和贮存稳定性明显高于游离酶,但热稳定性略低于游离酶;固定化和游离β-葡萄糖苷酶的表观米氏常数和米氏常数分别为0.52 mmol/L和2.4 mmol/L;固定化β-葡萄糖苷酶重复分批酶解10 g/L的纤维二糖,其操作半衰期为31 d左右.