响应面法优化黑曲霉产纤维素酶的培养条件

论文总字数：11373字

摘 要

利用黑曲霉 130911 菌株液体发酵生产纤维素酶，分别用单因素实验考擦了培养基生长因子，碳源，氮源，培养温度，发酵时间和利用响应面法对菌株产纤维素酶性能的影响，确定了黑曲霉130911产纤维素酶的最优条件：即以玉米秸秆作为碳源;酵母膏作为氮源; 培养时间为 72h;培养温度为 31 摄氏度; 接种量为8%，接入装有 50mL 液体发酵培养基的 250 mL 三角瓶内，150 r/min振荡培养，此条件下黑曲霉 130911 的FPA 酶活为251.4 U/mL。

关 键 词：黑曲霉；纤维素酶；液体发酵；优化；响应面法

Abstract：Use liquid fermentation strains of Aspergillus niger 130,911 cellulase production, respectively, with single-factor experiments rub test medium growth factor, carbon, nitrogen, temperature, affect the fermentation time and the response surface method strains producing cellulase performance determine the cellulase produced by Aspergillus niger 120,911 optimal conditions: that corn stover as a carbon source; yeast extract as a nitrogen source; incubation time was 72h; incubation temperature was 30 degrees Celsius; inoculation of 8%, is equipped with access 50mL of liquid fermentation medium in the 250 mL flask, 150 r / min shaking, FPA activity under that conditions is 251.4 U/mL.

Keywords：Aspergillus niger; cellulase; liquid fermentation; optimization; response surface method

目录

1 前言 …………………………………………………………………………………………6

1.1 材料 ………………………………………………………………………………………6

1.2 方法 ………………………………………………………………………………………7

2 结果与讨论…………………………………………………………………………………8

2.1 生长因子对产酶活力的影响…………………………………………………………8

2.2 碳源对产酶活力的影响………………………………………………………………9

2.3 氮源对产酶活力的影响………………………………………………………………11

2.4 培养温度对产酶活力的影响………………………………………………………12

2.5 发酵时间对产酶活力的影响………………………………………………………13

3 利用响应面法优化培养条件…………………………………………………………14

3.1 Plackett-Burma 设计法筛选重要因素 ………………………………………14

3.2 最陡爬坡试验（1）…………………………………………………………………15

3.3 Plackett-Burman 试验结果分析 ………………………………………………15

3.4 最陡爬坡试验（2）…………………………………………………………………17

3.5 Box-Behnke 试验设计与结果……………………………………………………19

结论……………………………………………………………………………………………24

参考文献………………………………………………………………………………………25

致谢……………………………………………………………………………………………27

前言

纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一种复合酶,主要包括 β-1,4-葡聚糖纤维二糖水解酶、内切和外切 β-1,4-葡聚糖酶。利用纤维素酶可开发丰富的纤维素资源,纤维素酶在纺织、酿造、造纸、食品、饲料、农产品加工、石油开采、医药、资源再生等方面都有广泛的应用[1~3]前景 。然而，就目前而言纤维素资源的利用率低，同时还会对环境会造成一定污染。因此，如何成功的开发这一资源，对解决人类面临的能源问题、环境问题、可持续发展都具有非常重要的意义[4]。

纤维素酶降解纤维素的研究及应用进展较快，并取得了显著的经济效益 [5]。纤维素酶的工业化生产可分为固体发酵法和液体深层发酵法，液体深层发酵法的培养条件不易污染杂菌，容易控制，生产效率也较高，被国内外重要的研究和生产工艺广泛应用[6-7] 。而黑曲霉是公认的安全的微生物，用其生产酶制剂安全、可靠、不产生毒素，而且黑曲霉生长较快，产酶周期短，因此采用黑曲霉生产纤维素酶具有优越性[8] 。目前培养条件的优化是提高纤维素酶活、增加微物产酶量的重要途径之一[9]。优化发酵条件通常用单因素和正交试验设计法，但它们都无法找到整个区域上各个因素的最佳组合和响应值的最优值生[10]。借助 Minitab统计软件能迅速、可靠、简易地进行优化试验的安排和数据分析，从而找出微生物培养条件的最佳组成 [11]。本实验利用Minitab统计软件对黑曲霉产纤维素酶的液体发酵培养条件进行优化，为黑曲霉发酵生产纤维素酶的更进一步扩大实验提供了更多的参考。

材料与方法

• 1. 材料
     1. 供试菌种

黑曲霉130911，淮阴师范学院实验室保藏

• • 1. 主要仪器

超净工作台，恒温水浴锅，台式离心机，天平，紫外分光光度计，立式灭菌锅

• • 1. 培养基

斜面培养基[12]:马铃薯 20g,葡萄糖 2g,琼脂 2g,PH自然

种子培养基：PDA培养基

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