Bacillus cereus HDYM-02产亚麻脱胶酶系及其脱胶方式研究

摘要

亚麻脱胶是亚麻可纺纤维制取过程中关键技术环节。生物脱胶是将筛选的脱胶菌应用于亚麻原茎脱胶，通过脱胶菌分泌果胶酶、半纤维素酶降解胶质成分，进而提取纯净纤维。与传统的脱胶技术相比，亚麻生物脱胶技术具有缩短沤麻周期、提高亚麻纤维质量及降低沤麻成本等优越性，具有更广阔的应用前景。脱胶菌群数量、脱胶酶系的动态变化是生物脱胶进程的重要表征参数。本研究以分离自温水沤麻液的蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）HDYM-02为供试菌株，地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformisHDYM-03，B.licheniformis HD YM-04为对照菌株，开展三个阶段的研究。
　　本文首先考察供试菌在牛肉膏蛋白胨培养基(BP)、果胶发酵培养基(PEC)、魔芋粉发酵培养基(KGM)、纤维素发酵培养基(CMC)产脱胶酶进程及酶系组分，进而确定供试菌脱胶粗酶液的制备条件。结果表明，B.cereus HDYM-02在PEC培养基、KGM培养基中均产果胶酶、甘露聚糖酶和木聚糖酶，在PEC培养基中发酵48 h、KGM培养基中发酵72 h后，果胶酶最高活力分别为1115.1±28.7 U/mL和666.7±8.6 U/mL，显著高于对照菌(P＜0.05)。B.cereus HDYM-02在PEC和KGM培养基中发酵48 h后，甘露聚糖酶最高活力分别为198.3±1.4 U/mL和3010.5±31.4U/mL，显著高于对照菌（P＜0.05）。B.cereus HDYM-02在CMC培养基中产纤维素酶活力低。因此确定B.cereus HDYM-02为后续研究的脱胶菌株。然后，在PEC和KGM培养基中制备粗酶液P和粗酶液K。粗酶液P与粗酶液K中果胶酶和甘露聚糖酶性质研究结果表明，在pH值为5.0-6.0，温度为35℃-40℃条件下，果胶酶和甘露聚糖酶稳定性较好。最后，以B.cereus HDYM-02为脱胶菌，构建自然脱胶(CK)、加菌脱胶(BA)、加粗酶脱胶、加商品酶脱胶四个温水沤麻系统，并探索供试菌在亚麻脱胶实践中最佳应用方式。BA与CK对比分析表明，BA72 h果胶酶活力、甘露聚糖酶活力和木聚糖酶活力分别为200.1±4.9 U/mL、169.4±3.0 U/mL和139.4±4.0 U/mL，显著高于CK。电镜结果显示，BA纤维表面光滑胶质去除明显。BA脱胶周期比CK缩短24 h。BA与粗酶液脱胶的对比分析表明，粗酶液P脱胶组与粗酶液K脱胶组在60 h果胶酶活力最高分别可达731.0±9.2 U/mL和490.1±19.4 U/mL，显著高于BA。粗酶液K脱胶组60 h甘露聚糖酶活力最高可达2388.6±51.2 U/mL，显著高于其它脱胶组。亚麻纤维电镜结果显示，粗酶液P组亚麻脱胶效果明显优于其他脱胶组。粗酶液P脱胶组与BA组相比脱胶时间缩短12h。B.cereus HDYM-02在PEC、KGM产果胶酶活力和产甘露聚糖酶活力显著高于对照菌。通过粗酶液P方式进行脱胶，缩短了沤麻周期，亚麻纤维形态最佳。本研究中，B.cereus HDY-02产脱胶酶进程时间短、脱胶酶系丰富，且供试菌产脱胶酶作用条件温和、酶活稳定性好，利用该粗酶液脱胶获得了理想的效果，显示出在亚麻生物脱胶应用中潜力巨大。本课题为生物脱胶技术的推广提供了重要支撑，同时为B.cereus HDY-02在亚麻生物脱胶中的进一步应用提供了理论依据。

目录

摘要

第1章 前言

1．1 国内外亚麻种植及脱胶制纤概述

1．1．1 国外亚麻生产及脱胶方式概述

1．1．2 国内亚麻生产及脱胶方式概述

1．2 亚麻纤维化学组成及细胞结构特点

1．2．1 亚麻细胞结构特点

1．2．2 亚麻纤维主要化学组成

1．3 亚麻脱胶工艺及制纤工艺

1．3．1 亚麻原茎脱胶工艺研究进展

1．4 亚麻生物脱胶酶系组成

1．4．1 果胶酶

1．4．2 半纤维素酶

1．5 亚麻纤维评价标准

1．6 本课题的目的意义

1．7 本课题技术路线

第2章 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 供试材料

2．1．2 供试菌株

2．1．3 主要仪器设备

2．1．4 培养基的配制

2．1．5 主要缓冲液及试剂配制

2．2 试验方法

2．2．1 标准曲线绘制

2．2．2 脱胶菌剂及脱胶酶的制备

2．2．3 粗酶液性质分析

2．2．4 温水沤麻系统的构建

2．2．3 DNS法测定酶活力

2．2．4 蛋白质含量测定

2．2．5 亚麻纤维显微形态观察

第3章 结果

3．1 本研究中应用的标准曲线

3．1．1 葡萄糖标准曲线

3．1．2 木糖标准曲线

3．1．3 D-甘露糖标准曲线

3．1．4 牛血清白蛋白标准曲线

3．2 供试菌生长及产脱胶酶进程

3．2．1 供试菌在不同培养基中的生长情况

3．2．2 供试菌产果胶酶活力比较

3．2．3 供试菌产甘露聚糖酶活力比较

3．2．4 供试菌产木聚糖酶活力比较

3．2．5 供试菌产纤维素酶活力比较

3．3 脱胶粗酶液性质研究

3．3．1 粗酶液P果胶酶最适温度、pH值

3．3．2 粗酶液P果胶酶温度、pH值稳定性

3．3．3 粗酶液P甘露聚糖酶最适温度、pH值

3．3．4 粗酶液P甘露聚糖酶温度、pH值稳定性

3．3．5 粗酶液K果胶酶最适温度、pH值

3．3．6 粗酶液K果胶酶温度、pH值稳定性

3．3．7 粗酶液K甘露聚糖酶最适温度、pH值

3．3．8 粗酶液K甘露聚糖酶温度、pH值稳定性

3．4 供试菌加菌脱胶与自然脱胶效果比较

3．4．1 总菌数动态变化

3．4．2 OD值、pH值动态变化

3．4．3 果胶酶动态变化

3．4．4 脱胶体系产甘露聚糖酶、木聚糖酶及纤维素酶比较分析

3．4．5 脱胶体系总蛋白比较分析

3．4．6 亚麻纤维显微形态检测

3．5 供试菌加菌脱胶与酶法脱胶效果比较

3．5．1 总菌数动态变化

3．5．2 pH值、OD值动态变化

3．5．3 果胶酶活力动态变化

3．5．4 脱胶体系产甘露聚糖酶、木聚糖酶及纤维素酶比较分析

3．5．5 亚麻原茎扫描电镜检测

3．6 供试菌酶脱胶与商品酶脱胶效果比较

3．6．1 亚麻单纤维显微形态比较

第4章 讨论

4．1 关于亚麻生物脱胶菌、脱胶酶的探讨

4．2 亚麻脱胶酶性质研究

4．3 生物脱胶方式及脱胶效果的探讨

4．3．1 加菌脱胶与自然脱胶比较

4．3．2 加菌脱胶与酶法脱胶的比较

4．3．3 商品酶脱胶与粗酶脱胶的比较

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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