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纤维素类物质是地球上最为丰富的可再生资源.将纤维素物质转化为酒精和氢等生物能源,对解决人类目前所面临的能源短缺与环境污染等问题有重要意义.纤维素物质高效利用的关键是纤维素的降解,而生物降解是一种重要的降解途径.目前在纤维素物质利用中存在的突出问题是产纤维素酶菌株的活性不高,因此,选育具有高产纤维素酶活的菌株是高效利用纤维素类物质的关键.
本研究以灰绿曲霉XC9为出发菌株,采用EMS、紫外线与LiCl复合诱变处理,获得了几株产酶活性明显提高的突变株.突变株表现了一定的抗葡萄糖阻遏的特性,外部形态相对于出发菌株,也发生了较大的变化.其中突变株EU7-22活性最高,CMC酶活为出发菌株的2倍.
突变株EU7-22液体发酵的单因子实验表明,其产酶最佳条件分别为稻草粉含量2%,蛋白胨含量0.1%,温度35℃,起始pH值6~7、接种龄3~5d.通过L9(34)正交实验确定了液体发酵的优化组合条件为:稻草粉3%、蛋白胨0.5%、温度35℃、起始pH5.在优化条件下培养4~5d后,CMCase和滤纸酶活力分别达110IU/mL和2.8IU/mL.
对突变株EU7-22纤维素酶性质的研究表明,该酶最适反应温度为60℃,CMCase和FPA的最适反应pH值分别为4.2和4.8.在pH5~6之间,纤维素酶可以维持较高的稳定性.当大于60℃时,纤维素酶的热稳定性急剧下降.多种金属离子对EU7-22纤维素酶活力都会产生一定影响.在EU7-22酶液水解稻草粉产糖的实验中,最佳酶液用量为8%(V/V),稻草粉糖化的最适温度为50℃,pH值为5.在该条件下,3g稻草粉在100mL降解系统中酶解反应24h后,产糖量可达1.47g,此时糖化率为44.1%.利用稻草粉做底物,变株EU7-22和产氢克雷伯氏菌HP1分期联合发酵,1克稻草粉可产氢23.7mL.
突变株EU7-22产酶性能良好,有较高的利用价值,纤维素酶解后产生的还原糖可以直接用于制取氢和燃料酒精等生物能源.