技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
生物酶制剂的工业化生产,具体地说是一种甘露聚糖酶及生产方法。
背景技术
[0002] 甘露聚糖酶包括以下四种:(1)、甘露聚糖内切-1,4-β-甘露糖苷酶(Mannan endo-1,4-β-mannosidase),编号EC 3.2.1.78;(2)甘露聚糖-1,4-β-甘露
二糖水解酶(Mannan endo-1,4-β-mannobiohydrolase),编号EC 3.2.1.100【又称外切-1,4-β-甘 露二 糖 水解 酶(Exo-1,4-β-mannobiohydrolase)】;(3)β-甘露 糖 苷 酶(β-Mannosidase),编号EC 3.2.1.25;(4)甘露聚糖内切-1,6-β-甘露糖苷酶(Mannan endo-1,6-β-mannosidase),编号EC 3.2.1.101。
[0003] 早在上世纪初就有关于分解
植物甘露聚糖的报道,近年来随着人们对甘露聚糖酶用途的不断发现,推动了甘露聚糖酶研究的发展,1958年Courtios第一次报道了产生甘露聚糖酶的
真菌;1960年William和Doetsch道了产生甘露聚糖酶的细菌;1965年,Reese和Shibata提出了甘露聚糖酶的概念和定义;七十年代后,人们对甘露聚糖酶的基本性质的研究取得了较大发展,九十年代人们将甘露聚糖酶应用于
饲料养殖行业,取得了很好的发展,随着人们对自然界半
纤维素资源的开发及对木聚糖酶研究的不断深入,甘露聚糖酶已在饲料、食品、造纸、石油开采及生物研究技术等多方面得到了广泛的应用研究。但是,在造纸方面始终没有工业化应用,主要原因是造纸所需酶要求在较高pH条件下使用,且要求酶的热
稳定性好,价格便宜,而市面上的甘露聚糖酶多数是酸性酶,作用pH一般在pH3.5~6.0,很难应用于造纸领域。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种适应于
碱性环境、
热稳定性好的甘露聚糖酶及生产方法。
[0005] 本发明酶活
力测定方法为,利用0.05mol/L pH6.0的十二水合
磷酸氢二钠和一水合
柠檬酸缓冲液配制0.5%的槐豆胶溶液。在0.9ml该底物溶液中加入0.1ml适当稀释的酶溶液,50℃准确计时反应10min,在550nm测光吸收值。其酶活力定义为,在测定条件下每小时水解槐豆胶产生1mg还原糖(以甘露糖计)所需酶量定义为一个酶活力单位(u)。 [0006] 本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的,一种甘露聚糖酶的生产方法,它包括菌种培养、摇瓶
发酵、酶液制备步骤,所述菌种即枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),实验室编号为PARK9639,保藏号:CGMCC NO:6226,其生物学特性为:革兰氏
染色阳性菌,产芽孢,菌体呈杆状,单个细胞 0.7~0.8×2~3微米,周生鞭毛,能运动,以二分裂方式增殖;芽孢0.6~0.9×1.0~1.5微米椭圆位于菌体中央或稍偏,芽孢形成后菌体不膨大,在本发明所述培养基上菌落呈圆形,污白色、着色均匀,边缘整齐,无光泽,黏稠。 [0007] 本发明的菌种是在中国宁夏采集,在菌种选育筛选过程中,筛选出一株实验室编号为PARK9639的高产菌株,根据主要生理生化特征及16S rRNA基因序列、gyrB基因序列等实验数据综合分析鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),该菌种已于2012年06月15日提交中国
微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏(北京市朝阳区北辰西路1号院3号),保藏号:CGMCC NO:6226,并于同日提交了保藏存活证明。
[0008] 本发明所述的菌种培养为CGMCC NO:6226菌种在如下配制的斜面上生长良好,斜面培养基配方为:1000mL蒸馏水中,加入
牛肉膏3g~8g,
酵母膏3g~8g ,蛋白胨8g~12g,
葡萄糖3g~5g ,
氯化钠3g~5g,调pH值6.9~7.1,0.1MPa灭菌28分钟~32分钟,制成试管斜面,接种该菌种,34℃~36℃,培养20小时~24小时后,放入5℃
冰箱中备用,或向菌斜面上注入已灭菌液体
石蜡后保藏或以
脱脂牛奶为载体
冷冻干燥真空封口保藏。 [0009] 本发明所述的摇瓶发酵为CGMCC NO:6226菌种在规定的培养条件下可产生高活力的甘露聚糖酶,这种培养条件是:以
质量计,培养基配方为:魔芋粉3﹪~4﹪、麦麸2﹪~4﹪、氮含量40%的玉米浆0.5﹪~1﹪、酵母膏0.5﹪~1﹪,磷酸氢二铵0.2﹪~
0.3﹪、磷酸氢二
钾0.02﹪~0.05﹪、蛋白胨0.1﹪~0.2﹪、
硫酸镁0.02﹪~0.05﹪、
碳酸钠0.20﹪~0.25﹪、水89.15﹪~93.46﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为pH8.0~pH8.5,0.1MPa灭菌30分钟~35分钟,培养条件:32℃~37℃,摇床转速260 r/min ~280r/min,培养34小时~42小时。
[0010] 本发明所述的酶液制备为由茄瓶斜面制得细胞液体
种子到种子罐,再到产酶
发酵罐,二级发酵,制备标准化酶液。
[0011] 本发明的种子培养基配方为:以质量计,麦麸5﹪~6﹪、玉米粉1﹪~2﹪、氮含量40﹪的玉米浆1﹪~2﹪、氯化钠0.4﹪~0.6﹪、碳酸钠1﹪~2﹪、硫酸铵0.3﹪~0.5﹪、水86.9﹪~91.3﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为6.5~7.0,
0.1MPa灭菌30分钟~35分钟;种子罐装料总体积不超过70﹪,培养条件为:
温度33℃~
38℃,搅拌转速180 r/min~220 r/min,通气量以v/v 计:0小时~4小时,1:0.25 ~0.27 ,4小时~6小时,1:0.33 ~0.36 ,6小时以后,1:0.50 ~0.55,罐压0.06 MPa~0.07MPa,培养周期为7小时~9小时。
[0012] 本发明产酶发酵罐的培养基配方为:以质量计,魔芋粉3﹪~4﹪、麦麸2﹪~4﹪、氮含量40%的玉米浆0.5﹪~1﹪、酵母膏0.5﹪~1﹪,磷酸氢二铵0.2﹪~0.3﹪、
磷酸氢二钾0.02﹪~0.05﹪、蛋白胨0.1﹪~0.2﹪、
硫酸镁0.02﹪~0.05﹪、碳酸钠0.20﹪~0.25﹪、水89.15﹪~93.46﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为8.0~8.5,0.1MPa灭菌30分钟~35分钟,装料总体积不超过70﹪;培养条件:温度
33℃~38℃,搅拌转速180 r/min~220 r/min,通气量以v/v 计:0小时~4小时,1:0.30 ~0.32 ,4小时~6小时,1:0.40~0.42,6小时以后1:0.50~0.55,罐压0.06 MPa~
0.07MPa,发酵周期为34小时~42小时。
[0013] 本发明在制备标准化酶液中,将产酶发酵罐的发酵醪液经过板框过滤、
硅藻土除菌,经防腐处理得到在15℃密
封存放三个月条件下,酶活力保持率为95﹪以上的标准甘露聚糖酶液。
[0014] 本发明为去杂除菌,提高产品质量,发酵醪液经板框过滤后,在发酵滤液中加入十二水合磷酸氢二钠和二水合氯化
钙取杂除菌,其用量分别为发酵滤液质量的2.8﹪~3.5﹪和1.0﹪~1.3﹪。
[0015] 一种如上述方法生产的甘露聚糖酶,所述甘露聚糖酶为碱性酶,不产
纤维素酶,对结晶纤维素、
羧甲基纤维素均没有活性,在pH5.5~10.0、温度40℃~60℃范围内甘露聚糖酶活性稳定,最适范围为pH6.0~8.0,温度为45℃~55℃。
[0016] 由于采用上述技术方案,本发明较好的实现了发明目的,其酶活力高,标准甘露聚糖酶液≥4500u/ml,单位生产成本低,发酵周期短,工业化程度高,工艺过程简单易控;产品不含纤维素酶活性,适合在造纸行业应用,可降低造纸生产成本和环境污染,同时有助提高纸的产品品质。
具体实施方式
[0017] 下面结合
实施例对本发明作进一步说明。
[0018] 一种甘露聚糖酶的生产方法,它包括菌种培养、摇瓶发酵、酶液制备步骤,所述菌种即枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),实验室编号为PARK9639,保藏号:CGMCC NO:6226,其生物学特性为:革兰氏染色阳性菌,产芽孢,菌体呈杆状,单个细胞 0.7~0.8×2~3微米,周生鞭毛,能运动,以二分裂方式增殖;芽孢0.6~0.9×1.0~1.5微米椭圆位于菌体中央或稍偏,芽孢形成后菌体不膨大,在本发明所述培养基上菌落呈圆形,污白色、着色均匀,边缘整齐,无光泽,黏稠。
[0019] 本发明的菌种是在中国宁夏采集,在菌种选育筛选过程中,筛选出一株实验室编号为PARK9639的高产菌株,根据主要生理生化特征及16S rRNA基因序列、gyrB基因序列等实验数据综合分析鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),该菌种已于2012年06月15日提交中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏(北京市朝阳区北辰西路1号院3号),保藏号:CGMCC NO:6226,并于同日提交了保藏存活证明。
[0020] 本发明所述的菌种培养为CGMCC NO:6226菌种在如下配制的斜面上生长良好,斜面培养基配方为:1000mL蒸馏水中,加入牛肉膏3g~8g,酵母膏3g~8g ,蛋白胨8g~12g,葡萄糖3g~5g ,氯化钠3g~5g,调pH值6.9~7.1,0.1MPa灭菌28分钟~32分钟,制成试管斜面,接种该菌种,34℃~36℃,培养20小时~24小时后,放入5℃冰箱中备用,或向菌斜面上注入已灭菌液体石蜡后保藏或以脱脂牛奶为载体冷冻干燥真空封口保藏。 [0021] 本实施例斜面培养基配方为:1000mL蒸馏水中,加入牛肉膏5g,酵母膏5g,蛋白胨
10g,葡萄糖5g,氯化钠5g,用氢
氧化钠调调pH值7.0,0.1MPa灭菌30分钟,制成试管斜面,接种该菌种,35℃,培养22小时后,放入5℃冰箱中备用。
[0022] 该斜面菌种通过摇瓶发酵检验菌种产酶能力合格后,可以作为种子扩培使用或发酵产酶使用。
[0023] 本发明所述的摇瓶发酵为CGMCC NO:6226菌种在规定的培养条件下可产生高活力的甘露聚糖酶,这种培养条件是:以质量计,培养基配方为:魔芋粉3﹪~4﹪、麦麸2﹪~4﹪、氮含量40%的玉米浆0.5﹪~1﹪、酵母膏0.5﹪~1﹪,磷酸氢二铵0.2﹪~0.3﹪、磷酸氢二钾0.02﹪~0.05﹪、蛋白胨0.1﹪~0.2﹪、硫酸镁0.02﹪~0.05﹪、碳酸钠0.20﹪~0.25﹪、水89.15﹪~93.46﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为pH8.0~pH8.5,0.1MPa灭菌30分钟~35分钟,培养条件:32℃~37℃,摇床转速260 r/min ~280r/min,培养34小时~42小时。
[0024] 本实施例培养基配方为:魔芋粉3.5﹪、麦麸2.5﹪、氮含量40%的玉米浆1﹪、酵母膏1﹪,磷酸氢二铵0.25﹪、磷酸氢二钾0.02﹪、蛋白胨0.2﹪、硫酸镁0.02﹪、碳酸钠0.20﹪、水91.31﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为pH8.2,0.1MPa灭菌30分钟,培养条件:35℃,摇床转速280r/min,培养40小时。发酵液离心取上清液即为粗酶液,酶活力为4800u/ml。
[0025] 本发明所述的酶液制备为由茄瓶斜面制得细胞液体种子到种子罐,再到产酶发酵罐,二级发酵,制备标准化酶液。
[0026] 本发明的种子培养基配方为:以质量计,麦麸5﹪~6﹪、玉米粉1﹪~2﹪、氮含量40﹪的玉米浆1﹪~2﹪、氯化钠0.4﹪~0.6﹪、碳酸钠1﹪~2﹪、硫酸铵0.3﹪~0.5﹪、水86.9﹪~91.3﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为6.5~7.0,
0.1MPa灭菌30分钟~35分钟;种子罐装料总体积不超过70﹪,培养条件为:温度33℃~
38℃,搅拌转速180 r/min~220 r/min,通气量以v/v 计:0小时~4小时,1:0.25 ~0.27 ,4小时~6小时,1:0.33 ~0.36 ,6小时以后,1:0.50 ~0.55,罐压0.06 MPa~0.07MPa,培养周期为7小时~9小时。
[0027] 本实施例种子培养基配方为:以质量计,麦麸5﹪、玉米粉1.5﹪、氮含量40﹪的玉米浆2.0﹪、氯化钠0.5﹪、碳酸钠1.5﹪、硫酸铵0.3﹪、水89.2﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为6.5,0.1MPa灭菌30分钟;种子罐装料总体积不超过70﹪,培养条件为:温度37℃,搅拌转速220 r/min,通气量以v/v 计:0小时~4小时,1:0.25 ,4小时~6小时,1:0.35 ,6小时以后,1: 0.55,罐压0.07MPa,培养周期为8小时。培养4h后取样镜检,观察菌生长发育,繁殖情况。当培养到菌
体细胞链70﹪断裂为单个细胞,表明种子已接近成熟,做好转罐接种的各项准备工作。
[0028] 本发明产酶发酵罐的培养基配方为:以质量计,魔芋粉3﹪~4﹪、麦麸2﹪~4﹪、氮含量40%的玉米浆0.5﹪~1﹪、酵母膏0.5﹪~1﹪,磷酸氢二铵0.2﹪~0.3﹪、磷酸氢二钾0.02﹪~0.05﹪、蛋白胨0.1﹪~0.2﹪、硫酸镁0.02﹪~0.05﹪、碳酸钠0.20﹪~0.25﹪、水89.15﹪~93.46﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为8.0~8.5,0.1MPa灭菌30分钟~35分钟,装料总体积不超过70﹪;培养条件:温度
33℃~38℃,搅拌转速180 r/min~220 r/min,通气量以v/v 计:0小时~4小时,1:0.30 ~0.32 ,4小时~6小时,1:0.40~0.42,6小时以后1:0.50~0.55,罐压0.06 MPa~
0.07MPa,发酵周期为34小时~42小时。
[0029] 本实施例产酶发酵罐的培养基配方为:以质量计,魔芋粉4﹪、麦麸2﹪、氮含量40%的玉米浆1﹪、酵母膏1﹪,磷酸氢二铵0.25﹪、磷酸氢二钾0.02﹪、蛋白胨0.2﹪、硫酸镁0.02﹪、碳酸钠0.23﹪、水91.28﹪,其中所述各组分之和为100﹪,灭菌前,调pH值为8.0,0.1MPa灭菌33分钟,装料总体积不超过70﹪;培养条件:温度35℃,搅拌转速220 r/min,通气量以v/v 计:0小时~4小时,1:0.30 ,4小时~6小时,1: 0.42,6小时以后
1: 0.55,罐压0.06 MPa,发酵周期为40小时。
[0030] 其酶活力最高可达到6000u/ml,平均水平可达5200u/ml以上。
[0031] 放罐条件:罐温不再上升;酶活力不再增加;pH7.0左右;细胞95%以上出现芽孢,并有部分自溶。将发酵醪液pH调至7.0左右。滤液酶活力5500u/ml。
[0032] 本发明在制备标准化酶液中,将产酶发酵罐的发酵醪液经过板框过滤、
硅藻土除菌,经防腐处理得到在15℃密封存放三个月条件下,酶活力保持率为95﹪以上的标准甘露