产纤维素酶菌株的选育分析及发酵工艺优化

对实验室6株产纤维素酶菌株进行酶活特性研究.首先通过观察纤维素平板的酶溶解透明圈大小进行初步分析,比较6株菌种子发酵液中纤维素酶含量.再根据不同种纤维素酶作用的底物化学键的不同,分别测定菌株的滤纸酶活(FPA)、纤维素内切葡聚糖酶(CMCase)活、纤维素外切葡聚糖酶(CBH)活和β-葡萄糖苷酶酶活,发现菌株中黑曲霉的各产酶指标均高于其它菌株.根据Box-Behnken原理对黑曲霉发酵工艺进行优化设计,得到最适碳源稻草粉含量9.47 g.L-1、麸皮含量49.33 g.L-1,氮源中(NH4)2SO4含量为2.0 g.L-1,发酵后黑曲霉产生的滤纸酶活力达到76.72 U.mL-1,比优化前酶活力提高88.69%.     

若尔盖高原湿地纤维素降解菌组成及产酶特性

以青藏高原湿地若尔盖地区不同生境土壤为材料,通过富集,计算降解圈个数,分析该地区纤维素降解菌的含量.分离得到15株具有纤维素降解能力的菌株,从中复筛得到一株降解能力较强的菌株3C-6.12,经16S rRNA和Biolog鉴定为野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris).该菌株在以质量比例3:2的麸皮与玉米芯为发酵培养基时,酶活最高为66.44U/mL,最适pH值为6～8,最佳生长温度为30℃.该菌株的成功选育为后续高效、充分利用纤维素类物质生产生物能源提供了很好的菌种来源.     

常温纤维素降解菌群的筛选及其特性初探

在改良PCS培养基的基础上,通过定期改变传代方法,从污泥、森林土、发酵腐熟牛粪、堆肥处理麦秆中筛选出1组纤维素分解能力强而稳定的纤维素混合菌群(代号为Xc),100 mL培养物在37 ℃静置培养5 d,对滤纸纤维素、脱脂棉、麦秆(片)、牛粪纤维降解率分别达到81%、41%、25%、40%.Xc在37、28 ℃分解滤纸时,分别在第5 天、第7 天时CMC酶活性最高,分别达到104.5、95.3 U·mL-1.在初始pH 5～9的培养基上接种均能表现出较强分解能力.采用变性梯度胶电泳(DGGE)法比较来源于不同时期菌群16S rDNA条带表明,菌群结构稳定.     

纤维素酶产生菌HS-F9的筛选鉴定和产酶条件优化

为了选育高产纤维素酶菌株,通过刚果红鉴别培养基以及滤纸条崩解实验测定,从牛粪堆肥中筛选到一株产纤维素酶的真菌HS-F9,根据菌株形态特性和18SrRNA基因序列分析,初步鉴定该菌为绿色木霉(Trichoderma viride).利用液体发酵培养产生纤维素酶,研究了碳源、氮源、培养时间、培养温度、培养基起始pH、接种量对菌株HS-F9产酶的影响.结果表明:产EG、CBH和FPA的最适碳源均为CMC-Na;EG和CBH在以蛋白胨为唯一氮源时酶活最高,FPase则在以黄豆粉为唯一氮源时酶活最高;产生EG、CBH和FPA的最适温度分别为30℃、30℃、33℃;最适起始pH为3.0、3.0和4.0;EG和FPase的最适接种量为2%,CBH最适接种量达到了8%;培养时间均以5～6d为宜.在最适条件下培养,该菌株EG、CBH和FPase的酶活分别达到了5275.3U/mL、8502.1U/mL和3619.1U/mL,是未优化前的1.42、1.35和1.32倍.图6表2参23     

工业酿酒酵母菌株KF-7对发酵抑制物的耐受性

木质纤维素原料预处理过程中产生的抑制物是燃料乙醇发酵的一大障碍,要求工业酿酒酵母菌株具有优秀的抑制物耐受能力.利用平板培养和批次发酵两种方式系统评价了弱酸抑制物(乙酸、甲酸、乙酰丙酸)、呋喃类抑制物[糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF)]、酚类抑制物(香草醛、丁香醛、苯酚)对工业酿酒酵母菌株KF-7生长和发酵的影响.结果显示,菌株KF-7在批次发酵时细胞生长对抑制物的耐受性优于平板培养.低浓度的抑制物虽然对菌株的生长有一定的抑制作用,但对乙醇的产生具有一定的促进作用;高浓度抑制物显著抑制了菌株的生长,降低了葡萄糖的代谢速率,抑制了乙醇的产生.菌株KF-7对甲酸耐受能力强于乙酸,对乙酰丙酸的耐受能力较弱.在平板生长评价中,糠醛对菌株生长的抑制作用强于HMF,但在批次发酵过程中HMF的抑制作用强于糠醛;该菌株代谢糠醛的能力强于代谢HMF的能力.香草醛对菌株的抑制作用最强,丁香醛相对较弱.在秸秆水解液中,菌株KF-7也表现出良好的乙醇发酵性能.菌株KF-7无论在单一抑制物、混合抑制物或实际水解液条件下发酵,均能达到较高的乙醇收率.本研究表明,菌株KF-7适用于纤维素原料燃料乙醇工业化生产过程.     

嗜热厌氧细菌Clostridium sp.EVA4菌株直接转化纤维素产乙醇的研究

用分离获得的嗜热厌氧纤维素降解细菌 Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｐ ． Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株进行了直接转化纤维素产生乙醇的动力学、发酵最适条件及其影响因子的研究．结果表明, Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株在ｐ Ｈ６ ．２ ～８ ．９ ,θ４５ ℃～６０ ℃的范围内能直接转化纤维素滤纸产生乙醇,最适ｐ Ｈ 为７ ．５ ～８ ．０ ,最适θ为５５ ～６０ ℃． Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株能利用纤维素滤纸,纤维素粉 Ｗｈａｔｍａｎ Ｃ Ｆ Ｉ Ｉ,微晶纤维素,纤维素粉 Ｍ Ｎ３００ 和未经处理的玉米秆芯,甘蔗渣,水稻秸秆产生乙醇．乙醇浓度 ,纤维素降解率和培养基还原糖浓度均随培养时间延长而增大．不同的纤维素材料、ｐ Ｈ、θ、底物浓度、酵母粉含量、振荡、培养气相、外加 Ｏ２ 和乙醇等条件均能影响 Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株转化纤维素为乙醇的能力．最适条件下 Ｅ Ｖ Ａ４ 菌株利用１ ％ 纤维素滤纸培养１２０ ｈ 产乙醇浓度为１ １２３ ｍｇ／ Ｌ,纤维素降解率为５９ ％     

Screening and identification of cellulose degrading bacterium Bacillus siamensis BREC-11 with tolerance to furfural北大核心CSCD

Furfural is a toxic metabolic inhibitor that is created during the conversion of lignocellulose to produce fuel, which can retard fermentation and increase production costs. thus, it is important for lignocellulosic conversion that the ability of the strain to resist furfural stress be improved. A cellulose-degrading bacterium BREC-11 with tolerance to furfural was isolated from the intestinal tract of Omphisa fuscidentalis hampson larvae via the addition of furfural in the medium. Based on analyses of morphological observations, physiological and biochemical characterizations, and 16S rDNA sequences, strain BREC-11 was shown to represent a member of the genus Bacillus and was named B. siamensis BREC-11. to study the tolerance concentration of strain BREC-11, a wide range of furfural formaldehyde concentrations were tested and strain BREC-11 was shown to grow in the mineral medium containing furfural up to 3.5 g/L. Cellulase activity of strain BREC-11 was determined at the tolerable concentration of 3.5 g/L furfural after incubation at 30 ℃ and 150 r/min for 2 days. Results indicated that filter paper enzyme, CMC-Na enzyme, and β-glucosidase activity was 0.1 U/mL, 0.21 U/mL, and 0.07 U/mL, respectively. BREC-11 is a cellulose-degrading bacterium with resistance to furfural, which has potential application in future bio-refinery processes. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

过表达分支酸歧化酶编码基因ARO7对酿酒酵母抑制物耐受性的影响

利用纤维素原料生产乙醇一直是国内外研究的热点,但纤维素预处理过程产生的弱酸、酚类和糠醛等抑制物对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵具有抑制作用,因此,提高酿酒酵母细胞的环境胁迫耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段之一.对芳香族氨基酸代谢途径中分支酸歧化酶基因ARO7的过表达对酿酒酵母在胁迫条件下细胞生长和乙醇发酵性能的影响进行研究.结果显示,过表达ARO7的重组菌株在含有5.0 g/L乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5.0 g/L乙酸的发酵培养基中进行乙醇发酵,过表达ARO7的重组菌株的发酵效率高于对照菌株,在菊芋秸秆水解液中ARO7过表达重组酵母菌株乙醇得率由对照的0.44 g/g提高到0.47 g/g葡萄糖,乙醇生产强度提高了22.38%.以上表明,ARO7的过表达可提高酿酒酵母在抑制物存在条件下纤维素乙醇的发酵效率.     

厌氧纤维素降解产氢复合菌系L-3研究

从厌氧发酵污泥中筛选到一组高效、传代稳定的厌氧纤维素降解复合菌系L-3.该复合菌系的内切葡聚糖酶活(Cx)、滤纸酶活(FPA)、外切葡聚糖酶活(C1)、β-葡聚糖苷酶活(β-glucodase)分别为0.216、0.101、0.132、0.002U/mL;该复合菌系可使滤纸在42h内溃烂,并能在降解纤维素的同时产生氢气,气体中氢气含量最高可达70.2%,d13时滤纸失重率为70.6%.DGGE结果表明,该复合菌系主要由14种菌组成.在所选实验条件内,该复合菌系产纤维素降解酶的最适条件为:最佳碳源为滤纸,最佳氮源为硫酸铵,温度36℃,pH6.5～7.0,接种量5%.     

青霉木质纤维素降解酶系研究进展

越来越多的研究表明青霉属(Penicillium)真菌中的一些种类不仅能分泌组成齐全、酶活较高的木质纤维素降解酶系,而且具有易培养和生长快的优势.本文就国内外对青霉菌木质纤维素降解酶系研究的最新动态进行了综述,包括菌株的选育、纤维素酶系的特性与合成调控,以及基因分析与克隆.同时介绍了斜卧青霉纤维素酶系的生产与发酵工艺,以及酶解过程分析等相关研究进展.表4参48     

高效纤维素降解菌分离筛选、复合菌系构建及秸秆降解效果分析

从川西高原贡嘎山区杜鹃林下土壤中分离纤维素降解菌,构建具有高效降解纤维素能力的复合菌系,并对秸秆降解效果进行分析,为农业废弃物的循环利用提供菌种资源和理论依据.样品及经风干、高温等预处理后,采用平板涂布法进行分离,共获得79株菌株;通过刚果红实验对分离获得的菌株进行初步筛选,运用DNS法测定各菌株的羧甲基纤维素酶活(Carboxymethyl cellulase,CMCase),复筛得到15株具有CMCase活能力的菌株.经滤纸条崩解实验、秸秆崩解实验及降解率测定,最终确定了各菌株的纤维素降解能力,进一步经拮抗实验,选取相互无拮抗的菌株构建5个复合菌系:A(112、146、156、171),B(145、147、150、153),C(110、116、174),D(147、154、171),E(145、146、150、152、153).复合菌系的滤纸酶活(Fpase)与秸秆降解率测定结果显示,组合C对秸秆的降解率较单菌株116提高了50.71%,组合D对秸秆的降解率较单菌株154提高了41.54%.经形态学和分子生物学鉴定,纤维素降解能力比较好的两个组合中的菌株分别被鉴定为类芽孢杆菌属(Paenibacillus sp.)、芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、不动杆菌属(Acinetobacter sp.)以及链霉菌属(Streptomyces sp.).本研究表明,复合菌系纤维素降解能力优于单一菌株,C、D两组复合菌系表现出较高的纤维素降解能力,具有进一步开发的价值.     

低温纤维素降解菌的分离与鉴定

对内蒙古部分地区土壤中低温降解纤维素的微生物进行研究,以期获得一些高酶活的低温纤维素酶产生菌.采用纯培养的方法,在10℃下培养获得纯培养物.以细菌16S rDNA通用引物PCR扩增后进行序列同源性比对确定种属.以DNS法测定纤维素酶活性,并对酶活较高的菌株进行产酶条件的优化.结果共分离得到55株可低温降解纤维素的菌株,16S rDNA序列分析表明它们分别属于γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)、硬壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)以及β-变形菌纲(β-Proteobacteria).该55株菌的纤维素酶活性均在22℃下最高.其中菌株CF11在10℃下的酶活在分离得到的55株细菌中最高.通过优化,菌株CF11产纤维素酶的最佳条件初步确定为pH值为6.5,培养时间为10 d,并且是以酵母提取物作为氮源,其纤维素酶活为58.091 IU.因此菌株CF11是一株极具开发潜力的低温纤维素酶产生菌.     

大熊猫肠道产果胶酶细菌的多样性及产酶特性

为探究大熊猫肠道微生物与消化的相互关系,利用果胶筛选培养基,从大熊猫新鲜粪便中分离具有产果胶酶活性的细菌,对获得的菌株采用生理生化特征和16S r DNA进行鉴定分类,探讨产果胶酶细菌多样性,并研究菌株的最适生长特性及产酶特性.共分离得到产果胶酶的细菌31株,属于志贺菌属(Shigella)、埃希氏菌属(Escherichia)、克雷伯氏菌属(Klebsilla)3个属,其中最高酶活为334.44 U/m L,最低酶活为15.6 U/m L.PF-4菌株具有最高的酶活,鉴定为肺炎克雷伯氏菌,生长温度范围为16-45℃,生长p H范围是5-8,最适产酶时间为24 h,最适产酶温度为37℃,最适产酶p H为6.结果为研究大熊猫消化系统中微生物果胶酶的来源及性质提供了参考.     

一株产木聚糖酶嗜热真菌樟绒枝霉的鉴定及其产纤维质降解酶系分析

对分离得到的一株产耐热木聚糖酶的真菌CAU521进行鉴定,并对其产纤维质降解酶系进行研究.通过菌落形态、显微镜产孢结构以及18S rDNA序列同源性比对等分析,鉴定该菌为樟绒枝霉(Malbranchea cinnamomea),其最适生长温度为45℃,为一株嗜热真菌.该菌能以农业废弃物玉米芯为碳源液体发酵产耐热木聚糖酶,50℃下培养7 d,木聚糖酶的最高酶活力达到173 U/mL.SDS-PAGE和酶谱分析表明该菌株能同时分泌多种纤维质降解酶:4种木聚糖酶、2种纤维素酶、3种葡聚糖酶和1种甘露聚糖酶.结果表明樟绒枝霉CAU521在降解和利用纤维质材料方面具有潜在的应用价值.     

秸秆污泥堆肥产纤维素酶细菌的筛选及产酶条件优化

从添加秸秆进行堆肥处理的污泥中采集样品,通过富集培养和刚果红平板染色法筛选分离出具有纤维素降解能力的细菌,再通过酶活力测定从中分离筛选出1株相对高活性的产纤维素酶细菌CI;通过基于16S rRNA基因序列的系统发育分析,初步确定该菌株为Devosia sp..利用单因素试验对目的菌株C1进行产纤维素酶发酵条件优化,结果表明菌株C1产纤维素酶的最佳发酵时间、培养温度、摇床转速以及最适初始pH值分别为60 h、30℃、130 r·min^-1和7.2～7.5,且在该条件下其滤纸酶（FPase）和羧甲基纤维素酶（CMCase）活力分别达23.10和54.97 U·mL^-1.     

运动发酵单胞菌共表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶发酵甘薯生产乙醇

运动发酵单胞菌是乙醇发酵的极佳菌种,但其所能利用的发酵底物范围狭窄,不能利用淀粉作为发酵底物.为增加其利用底物的范围使其能够水解淀粉,本研究构建了3种表达淀粉酶的运动发酵单胞菌菌株:1)Zymomonas mobilis(pAmyE)表达α-淀粉酶;2)Z.mobilis(pGA)表达葡萄糖淀粉酶;3)Z.mobilis(pAmyGA)共同表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶.DNS法测定淀粉酶活显示,每种转化菌株的胞外淀粉酶活性均高于胞内,且两种淀粉酶共表达的酶活高于这两种淀粉酶单独表达的酶活之和,说明这两种淀粉酶能够协同作用降解淀粉.对于重组菌株Z.mobilis(pAmyGA),约59.3%的淀粉酶活性都在胞外检测到.用淀粉含量高且耐贮存的徐薯18匀浆加少量葡萄糖作为培养基直接用上述3个菌株发酵生产乙醇.结果显示,共表达α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的重组菌株Z.mobilis(pAmyGA)的乙醇产量为54.7 g/L,达到了理论值的83.2%,表明本研究得到了能够直接高效利用淀粉生产乙醇的运动发酵单胞菌的菌株.     

极端嗜热厌氧纤维素菌的分离鉴定、系统发育分析及其酶学性质的研究

从云南高温温泉、油井等热源地区采集的大量样品中,获得了一株特殊的极端嗜热厌氧纤维素分解菌B2.分离菌株直杆,革兰氏阴性(G-),未观察到孢子,细胞单个或成对出现.菌体大小为0.4μm×(2-4)μm,严格厌氧,生长温度范围50-70℃,最适生长温度65℃.pH范围4-8,最适pH 7.0.在纤维素粉琼脂上菌落直径2-4 mm,乳白色.分离菌株能利用纤维二糖、葡萄糖、蔗糖、松子糖、淀粉、覃糖等作为碳源,分离菌株还可利用纤维素滤纸、纤维素粉、微晶纤维素、纤维素粉MN300和甘蔗渣、水稻秸杆.发酵纤维素产生乙醇、乙酸.在菌株B2的纤维素酶系中,C1酶、Cx酶和β-葡萄糖苷酶的最适温度分别为80℃、80℃和70℃,其比值为1:9:10,同时发现Cx酶具有较高的热稳定性.部分长度的16S rDNA序列分析表明,分离菌株B2与Thermoanaerobacter ethanalicus具有99.8％相似性.分离菌株B2为Thermoanaerobacter属.图5表3参21     

麦芽寡糖基海藻糖水解酶基因在巴斯德酵母中的表达及遗传稳定性

海藻糖是一种具有很多功能的非还原性二糖,在生物制品和食品等行业中具有较广泛的用途.对来自芝田硫化叶菌(Sulfolobus shibatae)B12海藻糖酶转化过程中的关键酶基因--麦芽寡糖基海藻糖水解酶(MTHase)基因进行了遗传密码子的人工改造,合成酵母偏爱密码子和修改基因遗传密码子中的A/T含量,然后将完整的MTHase基因克隆到酵母表达载体pPICZαA,筛选出重组载体并将其导入巴斯德酵母(Pichia pastoris)细胞进行重组表达以用于海藻糖的酶转化.最后获得了一株高效稳定表达MTHase的酵母菌株,分泌到表达培养基上清中的MTHase的酶活大于800U/mg(蛋白质),该重组菌株遗传稳定率达84%以上,为工业化酶法生产海藻糖奠定了一定基础.     

紫外诱变选育高产丁二酮乳酸菌株及其低成本发酵优化

2,3-丁二酮是一种常用的安全食品添加剂,为了提高微生物发酵中菌株的丁二酮产量,从泡菜水样品中分离筛选出一株野生型高产丁二酮菌株,并进行紫外诱变选育以及发酵条件优化.筛选获得高产丁二酮野生型乳酸菌株(1)-2,产量为67.02 mg/L,经16S r DNA分子鉴定为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum).紫外诱变获得高产丁二酮突变株U13,产量为127.88 mg/L.对突变前后菌株几种丁二酮代谢相关酶酶活变化的比较结果显示,突变株丁二酮产量的提高是因为乳酸脱氢酶减少及乙酰乳酸合成酶增加.正交实验优化突变株U13的最佳丁二酮发酵条件为接种量3%,初始pH 6.6,葡萄糖30 g/L,组合氮源(蛋白胨:酵母粉:牛肉膏=2:1:2)20 g/L,柠檬酸氢二铵3 g/L,乙酸钠2 g/L,吐温-80 1 m L/L,K_2HPO_4 2 g/L,Mg~(2+)2 mmol/L,Mn~(2+)0.7 mmol/L,Cu~(2+)2 mmol/L,温度为37℃.利用廉价碳氮源淀粉及小麦麸皮替代原有碳氮源,淀粉替代率不超过20%、小麦麸皮替代率不超过40%时,丁二酮产量降幅比较低.本研究通过诱变选育和发酵条件优化,提高了菌株丁二酮产量,并通过廉价碳氮源替换降低了成本,可为丁二酮的微生物工业发酵提供参考.     

响应面法优化短小芽孢杆菌SCU11发酵产碱性蛋白酶及关键基因转录调控分析

短小芽孢杆菌SCU11是由本实验室分离的野生菌株BA06经过复合诱变得到的高产碱性蛋白酶菌株,其产生的碱性蛋白酶在生物制革领域具有很好的应用前景.为进一步提高菌株的蛋白酶产量以满足工业生产的需求,本研究利用响应面法优化菌株产蛋白酶的发酵培养条件.在前期单因素实验的基础上,通过Plackett-Burman实验设计、最陡爬坡实验、中心组合实验设计和响应面分析法,确定了当黄豆粉浓度为53.3 g/L,温度为28℃时,蛋白酶活有理论最大值8 884 U/m L,摇瓶实验验证酶活为8 768 U/m L,达到理论预测值的98.7%,比优化前酶活提高了1倍.为了解优化的发酵条件使蛋白酶产量提高的原因,对短小芽孢杆菌蛋白酶基因及相关调控基因的表达情况进行荧光定量PCR分析,结果显示,优化后5种蛋白酶基因的表达量上调,1种表达量下调;5种蛋白酶相关调控基因的表达量增加,2种基因表达量降低.推测是优化后正调控基因表达量的增加以及负调控基因表达量的降低,促进了短小芽孢杆菌胞外蛋白酶基因转录水平的提高,导致胞外蛋白酶产量增加.本研究采用响应面法优化发酵条件使短小芽孢杆菌SCU11蛋白酶产量提高了1倍,并为阐明其表达调控机制奠定了基础.(图3表7参24)