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以莲子壳为原料固态发酵生产饲用复合酶

作　者: 吴锋
导　师: 陶能国
学　校: 湘潭大学
专　业: 化学工程
关键词: 莲子壳响应曲面法固态发酵复合酶
分类号: S816
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

莲子壳中富含纤维素以及氮、磷等矿物元素，适宜作为微生物的生长基质，而纤维素酶、蔗糖酶、果胶酶以及木聚糖酶等酶制剂在饲料工业中发挥着越来越重要的作用。本课题对以莲子壳为主要原料生产饲用复合酶进行了研究，筛选出了产酶较高的优势菌株；对培养的工艺条件进行了优化并对复合酶的热稳定性进行了研究。主要研究结果如下：1、通过对草酸青霉（Penicillium oxalicum），多变根毛霉（RhizomucorVariabilis），爪哇正青霉（Eupenicillium javanicum）棘孢曲霉（Aspergillus aculeatus）和黑曲霉（Aspergillus niger）五株菌种的综合产酶能力进行分析比较，确定了以棘孢曲霉和多变根毛霉作为生产饲用复合酶的菌株。2、通过单因素试验确立了棘孢曲霉固态发酵产复合酶的培养温度、时间、水料比以及初始pH为四个关键因子，其他非关键因子为：莲壳/豆粕为7:3，碳源为1g稻草粉，氮源为0.1g硫酸铵，无机盐为0.1g磷酸氢二钠和5%的接种量(106~107个/mL)。用响应曲面法来优化四个关键因素，得到棘孢曲霉固态发酵产饲用复合酶的最佳工艺条件为：发酵温度为28.22℃，发酵时间为81.40h，水料比为1:1.08，pH为5.12，此时CMC酶、β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、果胶酶、果胶裂解酶和木聚糖酶的活性分别为14.58U/g、51.55U/g、133.12U/g、140.80U/g、130.70U/g、63.17U/g，通过对三次平行试验所得的平均值与模型预测值的比较，验证各个酶活的相对误差分别为4.22%、0.37%、3.74%、11.35%、6.10%、3.17%，符合误差范围。通过分析80℃、40℃、25℃与4℃四个温度下的复合酶活性随时间的变化数据结果表明80℃条件下保存4h内酶活的损失小于50%；40℃条件下保存10d内酶活的损失小于50%；25℃条件下保存20d内酶活的损失小于50%；4℃条件下保存30d内果胶裂解酶活活性的损失小于50%，其他酶活损失小于80%。3、通过单因素试验确立了多变根毛霉固态发酵产复合酶的最佳工艺条件为：培养温度28℃、培养时间为64h、培养基的水料比为1:1.5、培养基初始pH为4.2、莲壳/豆粕为9:1、碳源为1g稻草粉、氮源为0.1g硫酸铵、无机盐为0.1g磷酸氢二钠和3%的接种量,此时CMC酶、β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、果胶酶、果胶裂解酶和木聚糖酶的活性分别为10.43U/g、14.02U/g、22.95U/g、68.23U/g、62.35U/g、48.12U/g。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 莲子壳的研究现状  10-11
    1.2.1 莲子壳应用现状  10-11
    1.2.2 莲子壳利用中所存在的问题  11
  1.3 饲用复合酶的研究现状  11-13
    1.3.1 国外饲用复合酶的研究进展  11-12
    1.3.2 国内饲用复合酶的研究进展  12-13
  1.4 饲用复合酶制剂的种类  13
  1.5 饲用复合酶制剂的作用  13-15
    1.5.1 降低动物消化道粘度并提高营养物质的利用率  13-14
    1.5.2 调节动物外周血液的激素水平  14
    1.5.3 消除饲料中的抗营养因子  14
    1.5.4 补充内源酶的不足或激活内源酶的分泌  14-15
  1.6 饲用复合酶制剂的生产  15-16
    1.6.1 饲用复合酶制剂的生产原料  15
    1.6.2 饲用复合酶制剂的发酵方法  15
    1.6.3 发酵菌株的选择  15-16
    1.6.4 发酵方式的选择  16
  1.7 饲用复合酶制剂的保存  16-17
  1.8 课题的立题思想与研究内容  17-19
    1.8.1 立题思想  17-18
    1.8.2 研究内容  18-19
第2章以莲子壳为原料生产复合酶的菌株筛选  19-26
  2.1 引言  19
  2.2 材料与方法  19-21
    2.2.1 材料  19
    2.2.2 菌种  19
    2.2.3 培养基制作  19
    2.2.4 固体发酵过程  19-20
    2.2.5 主要试剂  20-21
    2.2.6 实验仪器  21
  2.3 试剂的配制  21-22
  2.4 酶活定义及测定方法  22-23
    2.4.1 酶活定义  22
    2.4.2 酶活测定方法  22-23
  2.5 标准曲线的绘制  23-25
    2.5.1 葡萄糖标准曲线的绘制  23
    2.5.2 D-半乳糖醛酸标准曲线的绘制  23-24
    2.5.3 木糖标准曲线的绘制  24-25
  2.6 以莲子壳为原料生产饲用酶制剂菌种的筛选  25-26
第3章棘孢曲霉固态发酵生产饲用复合酶  26-62
  3.1 引言  26
  3.2 材料与方法  26
    3.2.1 材料  26
    3.2.2 实验方法  26
    3.2.3 实验设计与数据分析方法  26
  3.3 单因素实验的结果与分析  26-33
    3.3.1 不同培养时间对棘孢曲霉产酶的影响  26-27
    3.3.2 不同培养温度对棘孢曲霉产酶的影响  27-28
    3.3.3 不同培养 pH 值对棘孢曲霉产酶的影响  28
    3.3.4 不同料水比对棘孢曲霉产酶的影响  28-29
    3.3.5 不同莲壳/豆粕对棘孢曲霉产酶的影响  29-30
    3.3.6 不同碳源对棘孢曲霉产酶的影响  30-31
    3.3.7 不同氮源对棘孢曲霉产酶的影响  31-32
    3.3.8 不同无机盐对棘孢曲霉产酶的影响  32
    3.3.9 不同接种量对棘孢曲霉产酶的影响  32-33
  3.4 中心复合设计（CCD）  33-34
  3.5 响应面回归模型的建立与分析检验  34-57
    3.5.1 棘孢曲霉产 CMC 酶的响应面工艺优化  35-39
    3.5.2 棘孢曲霉产β-葡萄糖苷酶的响应面工艺优化  39-42
    3.5.3 棘孢曲霉产蔗糖酶的响应面工艺优化  42-46
    3.5.4 棘孢曲霉产果胶酶的响应面工艺优化  46-50
    3.5.5 棘孢曲霉产果胶裂解酶的响应面工艺优化  50-53
    3.5.6 棘孢曲霉产木聚糖酶的响应面工艺优化  53-57
  3.6 棘孢曲霉最佳发酵工艺的确定与验证  57-58
  3.7 棘孢曲霉所产饲用复合酶制剂的热稳定性研究  58-60
    3.7.1 80℃保存下复合酶的相对酶活随时间的变化  58-59
    3.7.2 40℃保存下复合酶的相对酶活随时间的变化  59
    3.7.3 25℃保存下复合酶的相对酶活随时间的变化  59-60
    3.7.4 4℃保存下复合酶的相对酶活随时间的变化  60
  3.8 结论  60-62
第4章多变根毛霉固态发酵生产饲用复合酶  62-70
  4.1 引言  62
  4.2 材料与方法  62
    4.2.1 材料  62
    4.2.2 实验方法  62
    4.2.3 实验设计与数据分析方法  62
  4.3 结果与分析  62-69
    4.3.1 不同培养时间对多变根毛霉产酶的影响  62-63
    4.3.2 不同培养温度对多变根毛霉产酶的影响  63-64
    4.3.3 不同培养 pH 值对多变根毛霉产酶的影响  64-65
    4.3.4 不同料水比对多变根毛霉产酶的影响  65
    4.3.5 不同莲壳/豆粕对多变根毛霉产酶的影响  65-66
    4.3.6 不同碳源对多变根毛霉产酶产酶的影响  66-67
    4.3.7 不同氮源对多变根毛霉产酶的影响  67-68
    4.3.8 不同无机盐对多变根毛霉产酶的影响  68
    4.3.9 不同接种量对多变根毛霉产酶的影响  68-69
  4.4 结论  69-70
第5章结果与讨论  70-72
  5.1 结果  70-71
    5.1.1 菌株的筛选  70
    5.1.2 棘孢曲霉固态发酵产饲用复合酶的工艺优化与热稳定性研究  70
    5.1.3 多变根毛霉固态发酵产饲用复合酶的工艺优化  70-71
  5.2 讨论  71-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  78

以莲子壳为原料固态发酵生产饲用复合酶

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