產乳酸的纖維素原料處理——固定化米根霉產果膠酶的研究.pdf

1、L-乳酸是生物醫(yī)用高分子材料聚乳酸合成的單體。由于聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，在生物醫(yī)藥和環(huán)保領域都得到廣泛的關注。隨著聚乳酸研究的迅速發(fā)展，乳酸的生產日益受到重視。米根霉由于具備營養(yǎng)需求低，產出的L-乳酸光學純度高，易于分離等特點，成為了目前制備高光學純度L-乳酸的主要菌種。然而米根霉發(fā)酵L-乳酸的工業(yè)化過程中底物成本是個難題。生物質資源—天然纖維素（煙梗等）由于成本低廉和來源豐富，被認為是生產乳酸的有效碳源?？墒怯捎诠z將

2、纖維素、半纖維素和木質素緊密的纏繞在一起，造成微生物利用天然纖維素生產乳酸的困難，增加了酶制劑的費用，削弱了節(jié)約原料費用的優(yōu)勢。一般生物質的非酸預處理方法對半纖維素和果膠的處理不夠，而生物酶法和微生物法，能去除生物質中的果膠和半纖維素等。微生物（如米根霉等）產生的果膠酶能降解天然纖維素中的果膠，同時果膠酶被廣泛用于食品、紡織、醫(yī)藥等領域，其市場需求量日益增長。
　　本文采用有產果膠酶能力且富有商業(yè)價值的安全菌種—米根霉，使用實驗室

3、開發(fā)的棉布載體固定化細胞的技術進行發(fā)酵產果膠酶，以期實現(xiàn)半連續(xù)化產酶和降解煙梗果膠的目標，為米根霉利用煙梗生產乳酸做準備。首先從純果膠發(fā)酵產果膠酶出發(fā)，研究了固定化發(fā)酵與游離兩種方式，優(yōu)化了純果膠培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件，模擬了單批次發(fā)酵菌體生長動力學行為，還進行半連續(xù)發(fā)酵實驗；然后優(yōu)化了煙梗浸出液培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件，模擬了單批次發(fā)酵菌體生長動力學行為，還進行半連續(xù)發(fā)酵實驗；最后將發(fā)酵粗酶液應用于降解煙梗果膠，還采用固定化米根霉發(fā)酵煙梗粉末的方法

4、降解煙梗果膠。
　　首先，對純果膠發(fā)酵產果膠酶進行研究。固定化與游離相比發(fā)酵周期減少33％，產酶量提高115%。通過對培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件的優(yōu)化得到：果膠2.5%，硫酸銨1.5%，ZnSO40.6 mmol/L，Tween800.15%，K2HPO40.4%，KH2PO40.4%，轉速190r/min、裝液量50mL/250 mL、發(fā)酵溫度30oC、發(fā)酵p H5.0、孢子濃度0.75×106個/mL。在單批次發(fā)酵中，固定化米根霉生長動

5、力學符合Logistic方程，生長與產酶部分偶聯(lián)，24h后果膠酶（PEC）酶活力和聚半乳糖醛酸內切酶（Endo-PG）酶活力分別為973.47U/mL和165.08 U/mL。半連續(xù)發(fā)酵研究表明在第5批次出現(xiàn)最高PEC酶活力和Endo-PG酶活力，分別為1253.95U/mL和181.94U/mL，分別比首次提高29.8%和18.3%，達到或高于目前固定化細胞產果膠酶的水平。
　　其次，對煙梗浸出液發(fā)酵產果膠酶進行研究。通過對培養(yǎng)

6、基和培養(yǎng)條件的優(yōu)化得到：煙梗10%，硫酸銨1.5%，ZnSO40.6 mmol/L，Tween800.1%，K2HPO40.2%，KH2PO40.2%，發(fā)酵pH5.0，孢子濃度0.5×106，，發(fā)酵溫度30oC，裝液量50mL，轉速170r/min。在單批次發(fā)酵中，發(fā)現(xiàn)固定化米根霉生長與產酶偶聯(lián)，48 h后PEC酶活力和Endo-PG酶活力最高分別為361.27U/mL和49.22 U/mL。半連續(xù)發(fā)酵研究表明在第2批次出現(xiàn)最高PEC酶

7、活力和Endo-PG酶活力，分別為430.83U/mL和51.73U/mL，PEC酶活力比首批次提高22.8%。
　　最后，將發(fā)酵所得粗酶液應用于降解煙梗果膠的研究和采用固定化米根霉直接發(fā)酵煙梗粉末的方法降解煙梗果膠。純果膠發(fā)酵所得粗酶液在酶活力600U/mL和液料比20時，煙梗果膠降解率為55.6%，纖維素相對含量提高130%。煙梗浸液發(fā)酵所得粗酶液在酶活力300U/mL和液料比15時，果膠降解率為37.5%，纖維素相對含量提高

8、88%。煙梗發(fā)酵研究中，確定培養(yǎng)基為：煙梗2.0%，葡萄糖0.6%，硫酸銨0.3%， ZnSO40.6 mmol/L，Tween800.1%，K2HPO40.2%，KH2PO40.2%；在與煙梗浸液發(fā)酵相同培養(yǎng)條件下，24h后PEC酶活力和Endo-PG酶活力最高分別為342.10U/mL和52.67U/mL。固定化米根霉發(fā)酵煙梗粉末研究表明，96 h后煙梗果膠降解率為74.1%，半纖維素降解率為54.5%，纖維素降解率為13.3%。<