锰过氧化物酶的固态发酵及其对染料脱色作用的研究

摘要

白腐真菌对多种污染物具有广谱的降解作用,包括多环芳烃、氯酚、染料和杀虫剂等。固态发酵相比传统的液态发酵产量更高、操作更简单、成本更低。本实验选择稻壳作为基质进行固态发酵,利用本实验室保存的白腐真菌——裂褶菌F17(Schizophyllum sp. F17)产锰过氧化物酶(MnP),研究MnP酶促脱色染料的条件,并利用固态发酵反应器建立连续的脱色体系,实验结果如下:
　　1、采用稻壳作为基质,利用裂褶菌F17固态发酵产锰过氧化物酶(MnP)。通过正交实验对发酵条件进行优化,并对5种不同结构类型的染料进行脱色。结果显示,含水率、温度、Mn2+、Cu2+对裂褶菌F17产MnP有显著的影响;MnP发酵的最优化条件为稻壳27g,黄豆粉3g,MnSO40.4mg/g,含水率150％,接种量50％,培养温度22℃,pH自然,优化后酶活达到16.39U/g,比优化前的酶活9.20U/g提高了78.2％。优化后的发酵体系对染料刚果红、茜素红、Poly R-478、中性红和结晶紫的24h脱色率分别达到92.6％、90.3％、93.1％、87.3％和95.6％。
　　2、MnP的酶促脱色过程是一个复杂的体系,体系中的H2O2、Mn2+、染料和酶的浓度极大地影响脱色效率。通过响应面分析法(RSM)研究这四个因素影响MnP对刚果红脱色的组合效应和交互作用;同时,利用传统的单因子分析法研究这四个因素的单因子影响。通过单因子分析法,H2O2、Mn2+、刚果红和MnP粗酶液的最优化值分别为0.2mM、0.5mM、50mg/l和0.8ml,而在这个条件下获得的最佳脱色率为24.2％。响应面分析通过Box-Behnken设计进行,建立了一个二次多项方程(R2=0.8565)用于定量描述四个因素的组合效应和交互作用。方差分析(ANOVA)表明H2O2和MnP、染料和MnP之间的交互作用是显著的;通过响应面分析获得的最优化条件为0.35mM H2O2、0.5mM Mn2+、75mg/l刚果红和1.4ml MnP粗酶液,最大脱色率为30.8％。
　　3、在固态发酵条件下,利用填充床式反应器建立了一个高效的、相对简单的连续脱色染料刚果红的体系稻壳-裂褶菌F17。在这个体系中,存在两个脱色机制,一个是裂褶菌F17对染料的脱色作用,另一个是稻壳对染料的吸附作用。染料浓度和水力停留时间(HRT)对连续脱色影响很大,利用响应面分析法对这两个因素进行定量分析和最优化。利用22的全因子中心复合设计(CCD),实验建立三个二次回归方程,分别对应于总脱色率(R2=0.902)、裂褶菌F17对染料的脱色率(R2=0.866)和稻壳对染料的吸附率(R2=0.890)。响应等高线图直观地显示了染料浓度和HRT对脱色率的单独影响和累积作用,以及最大的脱色率。最大的总脱色率为89.71％,最大的裂褶菌F17对染料的脱色率为60.44％,而获得这些脱色率的最佳条件分别为染料浓度142.63mg/l、HRT41h和染料浓度110.7mg/l、HRT29.4h。本实验证明了利用白腐真菌在固态发酵反应器中连续脱色合成染料的可行性。

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第一章 锰过氧化物酶固态发酵应用于染料脱色的研究概况

1.1 MnP在染料脱色中的应用

1.2 白腐真菌及MnP的固态发酵研究

1.3 白腐真菌和MnP固态发酵对染料脱色的研究

第二章锰过氧化物酶固态发酵条件的优化及其对染料脱色能力的研究

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.3 结果

2.4 讨论

2.5 结论

第三章 利用响应面设计分析锰过氧化物酶催化脱色刚果红的研究

3.1 前言

3.2 材料和方法

3.3 结果和讨论

3.4 结论

第四章 利用固态发酵反应器对刚果红进行连续脱色

4.1 前言

4.2 方法

4.3 结果

4.4 讨论

第五章 创新点与展望

5.1 特色与创新点

5.2 展望

参考文献

致谢

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