CN102250859A - 通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法 - Google Patents

通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法 Download PDF

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刘云
李睿颖
国华
胡娅君
韩慧
王晓琼
范婷
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Abstract

本发明涉及一种通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法,实施步骤如下:(1)种子培养;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在28-30℃培养,培养时间为68-72h;(2)发酵培养基灭菌;发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至28-30℃;(3)发酵;将种子液以5%-10%的接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为28-30℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度;(4)槐糖脂灭菌;(5)槐糖脂诱导;(6)纤维素酶粗提取。本发明采用添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法,有效的诱导了纤维素酶的合成,获得了较高的纤维素酶活,降低了生产纤维素酶的成本。

Description

通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法
技术领域
本发明涉及一种发酵生产纤维素酶的方法,特别涉及一种通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法。
背景技术
纤维素酶是一组可以把固体纤维素水解为葡萄糖的酶类,水解得到的葡萄糖又可以作为生产许多发酵产品的底物,其中包括可再生的替代资源燃料乙醇。大规模廉价生产纤维素酶对于经济的进行木质纤维素的精制工艺非常重要。许多物质如纤维素、羧甲基纤维素、各种纤维素水解物、乳糖、槐糖、半乳糖等都被认为是生物合成纤维素酶的潜在诱导物。其中,乳糖是现今认为的最经济可行的工业化纤维素酶生产诱导物。
槐糖很早就被认为是合成纤维素酶的最有效的可溶性诱导物,但是槐糖价格非常昂贵。
槐糖脂是一类生物表面活性剂,包含一个槐糖,槐糖通过糖苷键与羟基脂肪酸相连。这种糖脂可由酵母菌以适当比例的葡萄糖和脂类为底物大量生产(大于120g/L)。国外研究表明,利用槐糖脂诱导生产纤维素酶是可行的。
因此,提供一种制备简单,效果显著的通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法,是该领域科研开发人员需要研究解决的一大课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处,提供一种制备简单,效果显著的通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法。
为实现纤维素酶合成的有效诱导,同时降低诱导物生产成本的目的,本发明使用槐糖脂作为纤维素酶生产的诱导物。
为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下:
一种通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法,其特征在于实施步骤如下:
(1)种子培养
种子培养基组成包括,单位1L:纤维素10g,酵母抽提物10g,甘油10g,(NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;所用菌种:里氏木霉TJZKBIO956;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在28-30℃培养,培养时间为68-72h,即得种子液; 
(2)发酵培养基灭菌
发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至28-30℃;发酵培养基组成包括,单位1L:纤维素50g,酵母抽提物10g, (NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;
(3)发酵
将种子液以5%-10%的接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为28-30℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度;
(4)槐糖脂灭菌
分别使用发酵制备的纯度为95%的槐糖脂和浓度为150g/L的槐糖脂发酵液作为诱导剂,均用自来水溶解分别配制成终浓度为10g/L的溶液,在121℃灭菌20min后,冷却至28-30℃;
(5)槐糖脂诱导
发酵罐经45-48h发酵后,菌体达到对数生长后期,此时一次性添加槐糖脂溶液至发酵液中,使其终浓度为1g/L,或者进行间歇性补加,连续补加3d,一天中分四次补加槐糖脂,每次间隔时间均为2h,每天补加槐糖脂的间隔时间为16h,使发酵液中槐糖脂的终浓度为1g/L;
(6)纤维素酶粗提取
整个发酵时间持续6d,发酵结束后发酵液经过滤布过滤,滤液经过0.1Mpa,55℃减压浓缩,后进行喷粉干燥,喷粉时进料口温度为135℃,出料口温度为60℃,得到纤维素酶粗制品;纤维素酶的活力使用滤纸酶活(FPA)测定法测定,酶活为5000-5100国际单位(IU)。
本发明的有益效果是:本发明采用添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法,有效的诱导了纤维素酶的合成,其诱导效率是乳糖诱导效率的10倍,并且获得了较高的纤维素酶活,使纤维素酶的生产成本至少降低了50%。本发明工艺简单,效果非常显著;比传统纤维素酶的生产方法的效率提高了10倍,同时使生产成本降低了50%。
具体实施方式
以下结合较佳实施例,对依据本发明提供的具体实施方式详述如下:
实施例1
(1)种子培养
种子培养基组成包括,单位1L:纤维素10g,酵母抽提物10g,甘油10g,(NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;所用菌种:里氏木霉TJZKBIO956;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在30℃培养,培养时间为68h,即得种子液; 
(2)发酵培养基灭菌
发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至30℃;发酵培养基组成包括,单位1L:纤维素50g,酵母抽提物10g, (NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;
(3)发酵
将种子液以5%接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为30℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度;
(4)槐糖脂灭菌
将上述纯度为95%的槐糖脂用自来水溶解,配制成终浓度为10g/L的溶液,在121℃灭菌20min后,冷却至30℃备用。
(5)槐糖脂诱导
发酵罐经48h发酵后,菌体达到对数生长后期,此时一次性添加槐糖脂溶液300mL至发酵液中,使其终浓度为1g/L。
(6)纤维素酶粗提取
整个发酵时间持续6d,发酵结束后发酵液经过滤布过滤,滤液经过0.1Mpa,55℃减压浓缩,后进行喷粉干燥,喷粉时进料口温度为135℃,出料口温度为60℃,得到纤维素酶粗制品。纤维素酶的活力使用滤纸酶活(FPA)测定法测定,酶活为5040 IU。
实施例2
(1)种子培养
种子培养基组成包括,单位1L:纤维素10g,酵母抽提物10g,甘油10g,(NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;所用菌种:里氏木霉TJZKBIO956;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在30℃培养,培养时间为68h,即得种子液。 
(2)发酵培养基灭菌
发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至30℃;发酵培养基组成包括,单位1L:纤维素50g,酵母抽提物10g, (NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0。
(3)发酵
将种子液以5%接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为30℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度。
(4)槐糖脂灭菌
将上述浓度为150g/L的槐糖脂发酵液,用自来水配制成终浓度为10g/L的溶液,在121℃灭菌20min后,冷却至30℃。
(5)槐糖脂诱导
发酵罐经48h发酵后,菌体达到对数生长后期,此时一次性添加上述灭菌的槐糖脂发酵液溶液300mL至发酵液中,其终浓度为1g/L。
(6)纤维素酶粗提取
发酵持续6d后结束,发酵液经过滤布过滤,滤液经过0.1Mpa,55℃减压浓缩,后进行喷粉干燥,喷粉时进料口温度为135℃,出料口温度为60℃,得到纤维素酶粗制品。纤维素酶的活力使用滤纸酶活(FPA)测定法测定,酶活为5000 IU。
其它同实施例1。
实施例3 
(1)种子培养
种子培养基组成包括,单位1L:纤维素10g,酵母抽提物10g,甘油10g,(NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;所用菌种:里氏木霉TJZKBIO956;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在28℃培养,培养时间为72h,即得种子液。 
(2)发酵培养基灭菌
发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至28℃;发酵培养基组成包括,单位1L:纤维素50g,酵母抽提物10g, (NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0。
(3)发酵
将种子液以5%接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为28℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度。
(4)槐糖脂灭菌
将上述浓度为150g/L的槐糖脂发酵液,用自来水配制成终浓度为10g/L的溶液,在121℃灭菌20min后,冷却至28℃。
(5)槐糖脂诱导
发酵罐经48h发酵后,菌体达到对数生长后期,此时补加上述无菌的槐糖脂发酵液溶液25mL,其终浓度为0.25g/3L,间隔2h后再次补加相同量的槐糖脂发酵液,共补加四次,每次间隔时间均为2h;第二天和第三天再次以同样方法补加槐糖脂发酵液,每天补加的间隔时间为16h,最终使发酵液中槐糖脂的终浓度为1g/L。
(6)纤维素酶粗提取
发酵持续6d后结束,发酵液经过滤布过滤,滤液经过0.1Mpa,55℃减压浓缩,后进行喷粉干燥,喷粉时进料口温度为135℃,出料口温度为60℃,得到纤维素酶粗制品。纤维素酶的活力使用滤纸酶活(FPA)测定法测定,酶活为5080 IU。
其它同实施例1。
实施例4
(1)种子培养
种子培养基组成包括,单位1L:纤维素10g,酵母抽提物10g,甘油10g,(NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;所用菌种:里氏木霉TJZKBIO956;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在28℃培养,培养时间为72h,即得种子液。 
(2)发酵培养基灭菌
发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至28℃;发酵培养基组成包括,单位1L:纤维素50g,酵母抽提物10g, (NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0。
(3)发酵
将种子液以10%接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为28℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度。
(4)槐糖脂灭菌
将上述纯度为95%的槐糖脂用自来水溶解,配制成终浓度为10g/L的溶液,在121℃灭菌20min后,冷却至28℃备用。
(5)槐糖脂诱导
发酵罐经45h发酵后,菌体达到对数生长后期,此时补加上述无菌槐糖脂水溶液25mL至发酵液中槐糖脂的终浓度为0.25g/3L,间隔2h后再次补加相同量的槐糖脂水溶液,共补加四次,每次间隔时间均为2h;第二天和第三天再次以同样方法补加槐糖脂水溶液,每天补加的间隔时间为16h,最终使发酵液中槐糖脂的终浓度为1g/L。
(6)纤维素酶粗提取
发酵持续6d后结束,发酵液经过滤布过滤,滤液经过0.1Mpa,55℃减压浓缩,后进行喷粉干燥,喷粉时进料口温度为135℃,出料口温度为60℃,得到纤维素酶粗制品。纤维素酶的活力使用滤纸酶活(FPA)测定法测定,酶活为5100 IU。
其它同实施例1。
实施例5
(1)种子培养
种子培养基组成包括,单位1L:纤维素10g,酵母抽提物10g,甘油10g,(NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;所用菌种:里氏木霉TJZKBIO956;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在28℃培养,培养时间为72h,即得种子液。 
(2)发酵培养基灭菌
发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至28℃;发酵培养基组成包括,单位1L:纤维素50g,酵母抽提物10g, (NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0。
(3)发酵
将种子液以10%接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为28℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度。
(4)槐糖脂灭菌
将上述浓度为150g/L的槐糖脂发酵液,用自来水配制成终浓度为10g/L的溶液,在121℃灭菌20min后,冷却至28℃。
(5)槐糖脂诱导
发酵罐经48h发酵后,菌体达到对数生长后期,此时一次性添加上述灭菌的槐糖脂发酵液溶液300mL至发酵液中,其终浓度为1g/L。
(6)纤维素酶活测定
发酵持续6d后结束,发酵液经过滤布过滤,滤液经过0.1Mpa,55℃减压浓缩,后进行喷粉干燥,喷粉时进料口温度为135℃,出料口温度为60℃,得到纤维素酶粗制品。纤维素酶的活力使用滤纸酶活(FPA)测定法测定,酶活为5060 IU。
其它同实施例1。
上述参照实施例对通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法进行的详细描述,是说明性的而不是限定性的,可根据所限定范围例举出若干个实施例,因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改,应属本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种通过添加槐糖脂进行诱导发酵生产纤维素酶的方法,其特征在于实施步骤如下:
(1)种子培养
种子培养基组成包括,单位1L:纤维素10g,酵母抽提物10g,甘油10g,(NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;所用菌种:里氏木霉TJZKBIO956;首先将培养好的里氏木霉菌种接种到灭过菌的种子培养基中,在28-30℃培养,培养时间为68-72h,即得种子液; 
(2)发酵培养基灭菌
发酵培养基经121℃,20min灭菌后,pH为5.0,冷却至28-30℃;发酵培养基组成包括,单位1L:纤维素50g,酵母抽提物10g, (NH4)2SO4 1.4 g,KH2PO2g,CaCl2·2H2O 0.4g,MgSO4·7H2O 0.3 g,FeSO4·7H2O 0.005 g,CoCl2·6H2O 0.0037 g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014 g,用蒸馏水定容至1L,pH值5.0;
(3)发酵
将种子液以5%-10%的接种量转移至灭菌后的5L发酵罐中,发酵罐的装液量为3L,控制发酵温度为28-30℃,pH5.0,发酵40h后每隔2h取样测定菌体浓度;
(4)槐糖脂灭菌
分别使用发酵制备的纯度为95%的槐糖脂和浓度为150g/L的槐糖脂发酵液作为诱导剂,均用自来水溶解分别配制成终浓度为10g/L的溶液,在121℃灭菌20min后,冷却至28-30℃;
(5)槐糖脂诱导
发酵罐经45-48h发酵后,菌体达到对数生长后期,此时一次性添加槐糖脂溶液至发酵液中,使其终浓度为1g/L,或者进行间歇性补加,连续补加3d,一天中分四次补加槐糖脂,每次间隔时间均为2h,每天补加槐糖脂的间隔时间为16h,使发酵液中槐糖脂的终浓度为1g/L;
(6)纤维素酶粗提取
整个发酵时间持续6d,发酵结束后发酵液经过滤布过滤,滤液经过0.1Mpa,55℃减压浓缩,后进行喷粉干燥,喷粉时进料口温度为135℃,出料口温度为60℃,得到纤维素酶粗制品;纤维素酶的活力使用滤纸酶活(FPA)测定法测定,酶活为5000-5100 IU。
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