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一种生物混合发酵生产液体纤维素酶的方法

阅读:49发布:2020-05-30

专利汇可以提供一种生物混合发酵生产液体纤维素酶的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 微 生物 混合 发酵 生产液体 纤维 素酶的方法,是以绿色木霉和黑曲霉为 纤维素 酶生产菌,接种孢子液或 种子 液液体培养基中,通过控制培养基组成、混菌培养过程两菌生长量及培养条件、培养方式,生产高活性纤维素酶,本发明提供的方法对提高纤维素酶活 力 、完善酶系组分及缩短发酵时间均有良好的效果,且简单易行、具有广阔的发展前景;而且,在开发利用秸秆等天然纤维素资源的同时,无环境污染,是促进秸秆 乙醇 产业化的有效手段。,下面是一种生物混合发酵生产液体纤维素酶的方法专利的具体信息内容。

1.一种生物混合发酵生产液体纤维素酶的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1,选用绿色木霉及黑曲霉为生产菌株,分别经斜面试管培养、摇瓶扩大培养或种子罐扩大培养,分别得到绿色木霉及黑曲霉的二级液体种子;
步骤2,先将绿色木霉的二级液体种子用液体发酵培养基培养,按液体发酵培养基体积的8~10%接种绿色木霉的二级液体种子,28~32℃下通气培养48~72h后,再按液体发酵培养基体积的4~6%接种黑曲霉二级液体种子,28~30℃下通气培养72~96h,于接种黑曲霉后12~24h,开始连续加入补料培养基,控制还原糖含量在0.08~0.10%,直至发酵结束,将发酵液过滤即得本发明液态纤维素酶粗酶液。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,粗酶液可直接使用或经浓缩后使用。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中所述斜面试管培养方法为:
铃薯洗净去皮,称取200g,切成小,置于1L中,煮沸30分钟,8层纱布过滤,滤液中加入琼脂18克,不断搅拌至琼脂完全融化,停止加热;迅速加入20g葡萄糖,搅拌使其溶解,补足水分至1000mL,适量分装至试管或茄子瓶中,盖上塞,于121℃下高压蒸汽灭菌20分钟,分别划线接种绿色木霉及黑曲霉菌株,于28~30℃下培养5~7天。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1中所述摇瓶扩大培养或种子罐扩大培养,采用以下培养基:
麸皮2~4%,
(NH4)2SO4 0.4~0.6%,
KH2PO4 0.4~0.6%,
CaCl2 0.05~0.08%,
MgSO4·7H2O 0.08~0.10%,
其余为水;
培养方法为:培养液121℃, 灭菌3 0分钟,按4~6%接种量接种斜面试管培养得到的孢子悬液;28~30℃下,220rpm培养24~48h,得到绿色木霉及黑曲霉的二级液体种子。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中所述液体发酵培养基采用以下培养基:
微晶纤维素3~5%,
玉米芯2~4%,
玉米浆0.5~1.5%,
营养盐0.1~0.3%,
其余为水;
制成混合浆料,调节pH在4.5~5.0之间,121℃高压蒸汽灭菌30分钟。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2中所述补料培养基采用以下培养基:
微晶纤维素1~2%,
玉米芯3~5%,
玉米浆1.5~2.0%,
营养盐0.1~0.3%,
其余为水;
制成混合浆料,调节pH在5.0~6.0之间,121℃高压蒸汽灭菌30分钟。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述营养盐的配方组成为:
(NH4)2SO4 4.0g/L,KH2PO4 4.0 g/L,CaCl2 0.2g/L,MgSO4·7H2O 0.2 g/L,Fe SO40.4mg/L,Zn SO4·7H2O 2.0mg/L,Cocl2·6 H2O2.0mg/L。
8. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤如下:
二级液体种子制备:
⑴生产菌株 绿色木霉和黑曲霉;
⑵斜面菌种制备 制备PDA培养基,采用划线接种绿色木霉及黑曲霉菌株,在30℃下分别培养7和5天后形成大量孢子,作为种子液接种使用;
⑶二级液体菌种制备 以麸皮4%,(NH4)2SO4 0.4%,KH2PO4 0.6%,CaCl2 0.05%,MgSO4·7H2O 0.08%,其余为水的液体培养基,装瓶灭菌,按4~6%接种量接种孢子悬液,
30℃下,220rpm培养48h;
[4]液态发酵培养基制备
以微晶纤维素4.0%,玉米芯2.0%,0.8%玉米浆,80%水,0.2%营养盐,制成混合浆料,调节pH在4.5~5.0之间,121℃高压蒸汽灭菌30分钟;
[5]补料培养基制备
微晶纤维素1.0%,玉米芯3.0%, 2.0%玉米浆,80%水,0.1%营养盐,制成混合浆料,调节pH在5.0~6.0之间,121℃高压蒸汽灭菌30分钟;
[6]液体纤维素酶的制备
先将绿色木霉的二级液体种子,按液体发酵培养基体积的10%接种于液体发酵培养基,30℃下通气培养48h后,再接种4%黑曲霉二级液体种子,30℃下继续通气培养96h;于接入黑曲霉种子后12h,开始用补料培养基补料;发酵液还原糖含量控制在0.10%左右,直至发酵结束,将发酵液过滤即得粗酶液。

说明书全文

一种生物混合发酵生产液体纤维素酶的方法

技术领域

[0001] 本发明属于微生物工程技术领域,具体涉及一种微生物混合发酵生产液体纤维素酶的方法。

背景技术

[0002] 纤维素酶是指能解纤维素β-1,4葡萄糖苷键,使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称,它不是单一酶,而是起协同作用的多组分酶系,在工农业诸多领域均广泛的应用。如纤维素酶可将农作物秸秆、蔗渣等工农业废弃物生物转化为葡萄糖,再经其它微生物进一步转化为酒精、单细胞蛋白等生物化工产品。作为破乳剂,在石油开采中维持地下裂缝,保持地下压,对地层和环境无污染。利用纤维素酶作饲料添加剂可提高饲料利用率,在医药上,利用纤维素酶和其他酶制剂配合使用,有助于纤维性物质的消化。此外纤维素酶还可用于织物抛光、废纸脱墨、茶叶加工等方面。
[0003] 丝状真菌生产纤维素酶具有以下特点:纤维素酶为胞外酶,便于酶的分离和提取;产酶效率高,且产生的纤维素酶酶系结构较为合理;同时可产生许多半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等。目前纤维素酶生产用微生物菌种多为丝状真菌,其中酶活力较强的菌种为木霉属、曲霉属和青霉属。目前公认较好的纤维素酶生产菌种为绿色木霉及其近缘菌株。
[0004] 纤维素酶主要包括三类酶组分:葡聚糖内切酶(EG,endo-1,4-β-D glucanase, EC 3.2.1.4)、葡聚糖外切酶 (CBH,exo-1,4-β-D glucanase, EC 3.2.1.91 )、 β-葡萄糖苷酶 (BG,β-1,4- glucosidase ,EC 3.2.1.21)或称纤维二糖酶。在分解晶体纤维素时,任何一种酶都不能单独完成水解过程,只有三种酶共同存在并协同作用才能将晶体纤维素水解为葡萄糖。而生产高活性纤维素酶除了优化发酵工艺外,更重要的是高产菌株的选育。目前,工业上常用的纤维素酶生产菌为里氏木霉(Triohoderma reesei)、绿色木霉(Trichoderma viride )、康宁木霉(Trichoderma koningii)、黑曲霉(Aspergillus niger)等。但在生产中常遇到以下问题:产酶活力不高;木霉生产的纤维素酶酶系组成不全,β-葡萄糖苷酶缺乏或活力极低。这些都严重影响到纤维素的酶解效率。
[0005] 现今,着眼于提高纤维素酶活力及改善酶系组成的研究异常活跃,提出的方法颇多:通过基因工程构建多基因菌株同时表达多种酶组分,但成本高、耗时长;比较而言,混菌发酵则不失为一种最简单有效的方法。混菌发酵过程中混菌间互利共栖,使酶系比例协调,避免发酵过程中某一中间产物大量积累产生反馈抑制,使得混菌发酵产酶能力大大高于单一菌株,提高了产率。已有文献报道将绿色木霉、根霉混合发酵生产纤维素酶,酶活力大幅提高,但β-葡萄糖苷酶活力提高不大。针对以上不足,本发明提供一种新的混合发酵方法。

发明内容

[0006] 本发明提供一种混合发酵生产高活性纤维素酶的方法。即以绿色木霉(Trichoderma viride )与黑曲霉(Aspergillus niger)为纤维素酶生产菌,接种孢子液或种子液液体培养基中,通过控制培养基组成、混菌培养过程两菌生长量及培养条件、培养方式,生产高活性纤维素酶。
[0007] 为实现本发明的目的,本发明采用以下技术方案:本发明提供的微生物混菌发酵生产液态纤维素酶的工艺步骤如下:
步骤1,选用绿色木霉及黑曲霉为生产菌株,分别经斜面试管培养、摇瓶扩大培养或种子罐扩大培养,分别得到绿色木霉及黑曲霉的二级液体种子;
步骤2,先将绿色木霉的二级液体种子用液体发酵培养基培养,按液体发酵培养基体积的8~10%接种绿色木霉的二级液体种子,28~32℃下通气培养48~72h后,再接种4~
6%黑曲霉二级液体种子,28~30℃下通气培养72~96h,于接种黑曲霉后12~24h,开始连续加入补料培养基,控制还原糖含量在0.08~0.10%,直至发酵结束,将发酵液过滤即得本发明液态纤维素酶粗酶液。
[0008] 以上粗酶液可直接使用或经浓缩后使用。
[0009] 本发明步骤1中所述斜面试管培养可以使用常规的培养方法,优选以下方法:以铃薯琼脂作为培养基(PDA)进行斜面试管培养:将马铃薯洗净去皮,称取200g,切成小,置于1L水中,煮沸30分钟,8层纱布过滤,滤液中加入琼脂18克,不断搅拌至琼脂完全融化,停止加热;迅速加入20g葡萄糖,搅拌使其溶解,补足水分至1000mL,适量分装至试管或茄子瓶中,盖上塞,于121℃下高压蒸汽灭菌20分钟。分别划线接种绿色木霉及黑曲霉菌株,于28~30℃下培养5~7天。
[0010] 本发明步骤1中所述摇瓶扩大培养或种子罐扩大培养,优选采用以下培养基:麸皮2~4%,
(NH4)2SO4 0.4~0.6%,
KH2PO4 0.4~0.6%,
CaCl2 0.05~0.08%,
MgSO4·7H2O 0.08~0.10%,
其余为水。
[0011] 优选采用以下培养方法:培养基121℃, 灭菌3 0分钟,按4~6%接种量接种斜面试管培养得到的孢子悬液。28~30℃下,220rpm培养24~48h,得到绿色木霉及黑曲霉的二级液体种子。
[0012] 本发明步骤2中所述液体发酵培养基优选采用以下培养基:微晶纤维素3~5%,
玉米芯2~4%,
玉米浆0.5~1.5%,
营养盐0.1~0.3%,
其余为水;
制成混合浆料,调节pH在4.5~5.0之间,121℃高压蒸汽灭菌30分钟。
[0013] 本发明步骤2中所述补料培养基优选采用以下培养基:微晶纤维素1~2%,
玉米芯3~5%,
玉米浆1.5~2.0%,
营养盐0.1~0.3%,
其余为水;
制成混合浆料,调节pH在5.0~6.0之间,121℃高压蒸汽灭菌30分钟。
[0014] 其中所述营养盐的配方组成为:(NH4)2SO4 4.0g/L,KH2PO4 4.0 g/L,CaCl2 0.2g/L,MgSO4·7H2O 0.2 g/L,Fe SO40.4mg/L,Zn SO4·7H2O 2.0mg/L,Cocl2·6 H2O2.0mg/L。放大时按此比例配制。
[0015] 绿色木霉和黑曲霉均为好性真菌,生长发酵所需温度(28~30℃)和pH(4.5~5.0)较为接近,两种真菌分别培养时,绿色木霉滤纸酶活力(FPA)较高,但β-葡萄糖苷酶活力极低,而黑曲霉在玉米芯水溶性成分的诱导下可产生较高活力的β-葡萄糖苷酶,但滤纸酶活力极低。混合培养中,控制适当的培养条件及补料方式不仅有利于提高滤纸酶活,同时β-葡萄糖苷酶活力也可提高2~4倍。整个发酵时间同时也相应缩短,其相互作用机制尚不明晰。
[0016] 本发明采用绿色木霉和黑曲霉混菌发酵所得的原酶液滤纸酶活力和β-葡萄糖苷酶活力分别比单菌发酵提高70~90%、220~400%。产酶高峰时间比绿色木霉提前24h。
[0017] 本发明提供的方法对提高纤维素酶活力、完善酶系组分及缩短发酵时间均有良好的效果,且简单易行、具有广阔的发展前景。
[0018] 本发明在开发利用秸秆等天然纤维素资源的同时,无环境污染,是促进秸秆乙醇产业化的有效手段。
[0019] 具体实施方法:本发明以一株绿色木霉(C-Tri-R22)与黑曲霉(CB-Asp-ZS01)配伍发酵,研究了影响产酶的多种因素,获得了优化的培养条件。实验表明:两种微生物在培养基中的生长量及生长状态影响混合产酶的活力,同时通比对产酶影响亦较大。由于黑曲霉比绿色木霉生长速度快,易致使混菌生长中黑曲霉占优势,使得培养液中滤纸酶活力下降。因此,适当保持绿色木霉的优势生长,两者才能达到优势互补,形成稳定的微生态关系,达到共同提高的效果。
[0020] 具体实施中,控制绿色木霉与黑曲霉的接种时机,以接种绿色木霉发酵48~72h后,接种黑曲霉为宜。
[0021] 培养基配方及培养过程条件控制参照以下具体实例:实施例1 斜面菌种、二级液体种子制备
⑴生产菌株 绿色木霉(Trichoderma viride )和黑曲霉(Aspergillus niger)。
[0022] ⑵斜面菌种制备 制备PDA培养基,采用划线接种绿色木霉及黑曲霉菌株,在30℃下分别培养7和5天后形成大量孢子,作为种子液接种使用。
[0023] ⑶二级液体菌种制备 以麸皮4%,(NH4)2SO4 0.4%,KH2PO4 0.6%,CaCl2 0.05%,MgSO4·7H2O 0.08%,其余为水的液体培养基,装瓶灭菌,按4~6%接种量接种孢子悬液。30℃下,220rpm培养48h。
[0024] 实施例2 液态发酵培养基制备以微晶纤维素4.0%,玉米芯2.0%,0.8%玉米浆,80%水,0.2%营养盐,制成混合浆料,调节pH在4.5~5.0之间,121℃高压蒸汽灭菌30分钟。
[0025] 实施例3 补料培养基
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