南极低温纤维素酶在同步糖化发酵中的应用的研究

摘要

本研究从南极样品中分离筛选到能生产低温高效纤维素酶的菌株QP7,对其产酶性质进行研究,并且应用于同步糖化发酵法生产纤维素乙醇。
　　 本研究的方法及结果如下:
　　 由24次南极科考所带回的南极陆地土样,通过刚果红培养基初筛和液体发酵培养基复筛,筛选到一株高产菌株QP7,经过菌落形态观察、制片显微形态观察、分子生物学鉴定,初步判断QP7为轮枝孢霉属。
　　 QP7所产纤维素酶最适作用pH为5,最适作用温度为38℃,接近酿酒酵母的生长最适pH值(pH4.5-5.0)和最适生长温度(25℃-32℃)。而且也适应作用于酸处理后呈弱酸性的木质纤维素。除此之外,它具有较好的热稳定性和pH稳定性,在4℃避光的条件下,能保存几十个小时。QP7产纤维素酶在一定浓度的乙醇存在下还能保持较高活性。因此,QP7所产纤维素酶相比于普通的纤维素酶能够更好的应用于同步糖化发酵。
　　 在离子影响实验中还发现了K+,Ca2+的加入可以提高酶活力,适当浓度的金属离子能够提高酶活力的百分比,可以给工业生产带来借鉴作用。
　　 经过培养基优化实验,确定最佳产酶条件是:
　　 碳源为3％的麸皮,氮源是0.5％的(NH4)2SO4。培养基中添加0.02％,0.1％的山梨醇,乳糖,麦芽糖,Tween80,和0.01 mol／L的Ca2+,K+。培养基初始pH5.5,接种量5％,10℃培养大约4 d能达到最高酶活。
　　 另外实验中还发现配好的培养基放置过夜后再灭菌,能够提高发酵酶活力20％以上；种子液在冰箱放置一段时间后再接种也有助于发酵酶活力的提高。
　　 在波长254 nm,功率11W×3的紫外诱变箱中,经过5 min的照射,最终得到一株遗传性比较稳定的的诱变菌株QP7-1,它的酶活比出发菌株提高了24％。离子束诱变后也获得一株酶活力提高了5％且遗传较稳定的菌株QP7c。
　　 利用南极低温纤维素酶,以碱蓬为原料进行了初步的同步糖化发酵实验,10g碱蓬共生产出约0.4 g乙醇。
　　 综上所述,QP7所产低温纤维素酶具良好的降解纤维素的特性,它低温性的特点能够有效解决同步糖化发酵过程中酵母生长温度与纤维素酶最适酶活温度不一致的难题,有利于降低发酵成本,在同步糖化发酵生产乙醇的过程中有较大应用潜力。