小麦秸秆原料生物炼制制备乳链菌肽的研究

摘要

乳链菌肽（Nisin）是由乳酸链球菌或乳酸乳球菌发酵产生的一类阳离子疏水性的小分子多肽化合物，属于微生物抗菌肽，具有无毒、不产生抗药性等特点，被认为是安全绿色的食品防腐剂。近年来乳链菌肽被认为是非常具潜力的抗生素替代品，在医药行业中有广泛的应用前景。秸秆作为无限可再生的生物质资源，来源广泛、价格低廉，但对其不恰当的处理会造成严重的环境污染。利用秸秆原料生物炼制乳链菌肽，为乳链菌肽的生产提供了一种新的原料，使秸秆资源得到有效利用，增加秸秆原料生物炼制的产品。本文以小麦秸秆为原料，研究秸秆的预处理、酶解、秸秆水解液培养基组成以及分批发酵过程控制等环节的技术参数，主要研究内容和实验结果如下：
　　（1）研究影响预处理的各因素，采用正交实验对碱预处理小麦秸秆的条件进行优化，并对其进行表征。研究结果表明，碱浓度和时间对预处理效果影响十分显著，且小麦秸秆预处理最佳条件为：反应温度50℃，料液比1:40，碱浓度3.5％，反应时间30h。在此条件下，还原糖得率为34.35%。通过对预处理前后的小麦秸秆进行扫描电镜、X衍射以及红外光谱分析，得出碱预处理小麦秸秆可以脱除秸秆中的绝大部分木质素和少部分的半纤维素，并使纤维素发生润胀，使致密的小麦秸秆表面出现一些裂缝和裂痕，从而使得纤维素酶与纤维素的接触面积增加，促进酶解反应的进行。
　　（2）研究影响复合酶酶解效果的各因素，使用Box-Behnken实验来优化酶解条件，构建响应面模型。通过响应面分析得出最优酶解条件为：复合酶的添加量32.5mg/g，反应时间23.87h，pH值4.57，温度50.9℃，料液比1:28.6，在此条件下，还原糖得率为51.22%，水解液中还原糖含量为37g/L。成功构建响应面模型，且响应面模型的准确率达91.24%。
　　（3）对小麦秸秆水解液培养基的氮源、磷源以及营养物质的种类和含量进行研究，采用正交实验对其进行优化。结果表明玉米浆的添加量对发酵生产乳链菌肽有着显著的影响，适于嗜热乳链球菌6032发酵生产乳链菌肽的水解液培养基组成为：酵母膏13g/L，磷酸氢二钾4.5g/L，乙酸钠5g/L，柠檬酸氢二铵2g/L，硫酸镁0.58g/L，硫酸锰0.24g/L，玉米浆32%，还原糖含量37g/L的小麦秸秆水解液。发酵所得乳链菌肽效价为5752IU/mL。
　　（4）研究影响发酵条件的各因素，采用Box-Behnken实验来优化发酵条件，建立响应面模型。对响应面进行分析得出发酵过程中发酵液的pH值对发酵生产乳链菌肽有着十分显著的影响，转速对发酵生产乳链菌肽的影响次之，温度和初始pH值对发酵的影响较小，并得出最优发酵条件为：发酵初始pH值7，发酵过程中发酵液pH值维持在5.6，发酵温度30℃，转速为49r/min，在此条件下，Nisin效价可达到6172IU/mL。并对构建的响应面模型进行实验验证，模型的重现率达96.36%。

目录

1 文献综述

1.1 秸秆原料的来源与性质

1.2 秸秆原料的处理与水解

1.3 秸秆原料的生物炼制情况

1.4 乳链菌肽研究进展

1.4.1 乳链菌肽的结构与性质

1.4.2 乳链菌肽发酵生产研究

1.4.3 乳链菌肽效价检测

1.5 选题的目的及意义

1.6 研究内容

1.6.4小麦秸秆水解液培养基发酵生产乳链菌肽的条件研究

2 材料与方法

2.1材料

2.1.1菌株及酶制剂

2.1.2 培养基

2.1.3仪器设备

2.1.4试剂

2.2实验方法

2.2.1 小麦秸秆的预处理

2.2.2 小麦秸秆的酶法糖化

2.2.3 秸秆水解液组成对发酵生产乳链发酵菌肽的影响

2.2.4 发酵条件对生产乳链菌肽的影响

2.3分析方法

2.3.1 菌体浓度测定

2.3.2 还原糖得率的测定

2.3.3 秸秆形貌表征

2.3.4 Nisin效价测定

3 结果与讨论

3.1小麦秸秆预处理条件的研究

3.1.1 碱浓度对预处理小麦秸秆的影响

3.1.2 料液比对预处理小麦秸秆的影响

3.1.3 温度对预处理的影响

3.1.4 反应时间对预处理的影响

3.1.5 预处理条件的优化

3.1.6 预处理前后小麦秸秆的表征

3.2酶解条件对秸秆水解的影响

3.2.1 复合酶配比对酶法水解的影响

3.2.2 酶添加量对酶法水解的影响

3.2.3 反应pH值对酶法水解的影响

3.2.4 反应温度对酶法水解的影响

3.2.5 反应时间对酶法水解的影响

3.2.6 料液比对酶法水解的影响

3.2.7 Box-Behnken实验设计及结果分析

3.3 小麦秸秆水解液培养基的组成对发酵生产乳链菌肽的影响

3.3.1 水解液中还原糖含量对发酵生产乳链菌肽的影响

3.3.2 木糖对发酵生产Nisin的影响

3.3.3 氮源种类对发酵生产Nisin的影响

3.3.4 酵母膏浓度对发酵生产Nisin的影响

3.3.5 磷源种类对发酵生产Nisin的影响

3.3.6 磷酸氢二钾的浓度对发酵生产Nisin的影响

3.3.7 不同营养物质对发酵生产Nisin的影响

3.3.8 玉米浆的添加量对发酵生产Nisin的影响

3.3.9 发酵培养基的正交优化

3.4 发酵条件对生产乳链菌肽的影响

3.4.1 发酵初始pH值对发酵生产Nisin的影响

3.4.2 发酵过程中pH的控制对发酵生产Nisin的影响

3.4.3 发酵温度对发酵生产Nisin的影响

3.4.4 转速对发酵生产Nisin的影响

3.4.5 Box-Behnen实验设计及结果分析

4 结论与展望

4.1结论

4.2创新点

4.3展望

致谢

参考文献

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