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基本信息

項目名稱:
曲霉DDH-7的分離、篩選、鑒定及其淀粉酶酶學特性的研究
小類:
生命科學
簡介:
該作品針對生產(chǎn)上以木薯淀粉生產(chǎn)燃料酒精時所用的淀粉酶特別是糖化酶的最適作用溫度是60℃、在酵母菌的發(fā)酵溫度30℃下酶活低的問題,以獲得酸性中低溫淀粉酶。從自然界中分離、篩選得到一株真菌,發(fā)現(xiàn)該菌至少產(chǎn)生一種在pH4.0下最適作用溫度為50℃。且其在30℃時酶活力為67%的酸性中低溫糖化酶,并將該菌初步鑒定為曲霉屬的一個種。該菌產(chǎn)酶符合木薯淀粉原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的要求,有望用于工業(yè)生產(chǎn)。值得進一步分離純化該酶、克隆其編碼基因等,既具有科學意義,又具有潛在的應用價值。
詳細介紹:
面對能源問題越來越嚴重的現(xiàn)狀,燃料酒精作為一種新型實用性能源,越來越受到人們的關注。燃料乙醇具有減少CO 、碳氫化合物的排放,改善空氣質量,減少溫室氣體:促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn),增加農(nóng)民收入,增加就業(yè)等優(yōu)點。木薯生長適應性強,耐旱、耐貧瘠。且不與糧食爭地。木薯的塊根約含30%的淀粉,被譽為“淀粉之王”,是很有前途的酒精生產(chǎn)原料。 “同步糖化發(fā)酵”是原料液化之后立即降溫至酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精用的溫度30℃,同時添加中低溫糖化酶和生產(chǎn)酒精用酵母菌,使淀粉糖化和酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精同時進行。目前缺乏可以在酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精所需的酸性低溫條件下高效發(fā)揮作用的糖化酶。傳統(tǒng) “兩步法”工藝中使用的黑曲霉糖化酶的最適作用溫度是60℃,在酵母發(fā)酵溫度30℃時只能發(fā)揮出60℃下三分之一左右的活力,盡管也能用于淀粉同步糖化發(fā)酵工藝生產(chǎn)酒精,但效率低下,造成生產(chǎn)成本偏高。所以急需尋找能在酸性低溫條件下高效發(fā)揮作用的糖化酶。 本工作從采自河北承德、山東威海及廣西南寧的61個樣品中分離得到一株產(chǎn)酸性中低溫淀粉酶酶活力較高的絲狀真菌DDH-7,通過形態(tài)學觀察和RNA轉錄間隔區(qū)序列分析初步鑒定為曲霉屬的一個種Aspergillus sp.。Aspergillus sp.DDH-7可產(chǎn)多種淀粉酶,其中一種淀粉酶的最適作用pH值為5.0,最適作用溫度為60℃;另一種糖化酶在pH4.0下最適作用溫度為50℃。且其在30℃時酶活力達到67%。產(chǎn)生的酶的特性基本滿足木薯淀粉原料同步糖化發(fā)酵工藝生產(chǎn)燃料乙醇的要求,具有潛在的應用價值。故對該菌株進行了菌種鑒定和酶學特性的研究。

作品圖片

  • 曲霉DDH-7的分離、篩選、鑒定及其淀粉酶酶學特性的研究
  • 曲霉DDH-7的分離、篩選、鑒定及其淀粉酶酶學特性的研究
  • 曲霉DDH-7的分離、篩選、鑒定及其淀粉酶酶學特性的研究
  • 曲霉DDH-7的分離、篩選、鑒定及其淀粉酶酶學特性的研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

獲得適用于以木薯淀粉原料生產(chǎn)燃料酒精同步糖化發(fā)酵用的酸性中低溫淀粉酶。廣泛采集環(huán)境樣品,分離出中低溫淀粉酶產(chǎn)生菌,從中篩選出最有應用潛力的菌株,對菌株進行形態(tài)觀察及菌種鑒定,并對其產(chǎn)酶進行酶學性質的初步研究。

科學性、先進性及獨特之處

1.分離、篩選得到一株產(chǎn)酸性中低溫淀粉酶的真菌;并通過形態(tài)觀察及分子分類將該菌株鑒定為曲霉屬的一個種。 2.對該菌株產(chǎn)生的酸性中低溫淀粉酶進行了酶學特性的初步研究,經(jīng)實驗證實所產(chǎn)一種淀粉酶最適作用pH值為5.0,最適作用溫度為60℃,另一種糖化酶在pH4.0下其最適作用溫度為50℃,在30℃時仍有67%的活力,明顯高于工業(yè)用糖化酶。未見同類報道,值得深入研究。

應用價值和現(xiàn)實意義

本作品分離篩選得到一株產(chǎn)酸性中低溫淀粉酶的微生物,具有應用于以木薯為原料同步糖化生產(chǎn)燃料酒精的潛在價值。

學術論文摘要

摘 要:隨著能源問題越來越嚴重,燃料乙醇作為一種可再生能源越來越受到人們的重視。結合中國人多地少的現(xiàn)狀,我國國務院文件中明確規(guī)定中國發(fā)展燃料乙醇要使用非糧原料。木薯生長適應性強,耐旱、耐貧瘠。且不與糧食爭地。木薯的塊根含約30%的淀粉,被譽為“淀粉之王”,是很好的燃料乙醇生產(chǎn)原料。 本工作從采自河北承德、山東威海及廣西南寧的61個樣品中分離得到一株產(chǎn)中低溫糖化酶活力較高的絲狀真菌DDH-7,通過形態(tài)學觀察和rRNA基因轉錄間隔區(qū)序列分析將其鑒定為曲霉屬的一個種Aspergillus sp.。Aspergillus sp. DDH-7可產(chǎn)生多種淀粉酶,其中一種淀粉酶的最適作用pH值為5.0,最適作用溫度為60℃,另一種糖化酶在pH4.0下最適作用溫度為50℃,且其在30℃下的酶活力為其最適作用溫度下的67%,說明該糖化酶的特性基本滿足木薯淀粉同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的要求,具有潛在的應用價值。 關鍵詞:曲霉,淀粉酶,木薯淀粉,同步糖化發(fā)酵,燃料乙醇

獲獎情況

作品參加“首屆全國大學生創(chuàng)新論壇”獲得專家評委的好評

鑒定結果

尚待進一步鑒定

參考文獻

Sassner P, Zacchi G. Integration options for high energy efficiency and improved economics in a wood-to-ethanol process [J]. Biotechnology for Biofuels, 2008, 1(4): 1-11. 諸葛斌,諸葛健.生淀粉糖化酶高產(chǎn)菌的選育[J].微生物學通報,2001, 28(6): 60-64.

同類課題研究水平概述

淀粉酶是能催化淀粉水解成葡萄糖、麥芽糖及其他麥芽低聚糖的一類酶的總稱。其中工業(yè)上常用的四種酶α- 淀粉酶、β- 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和普魯蘭酶。葡萄糖淀粉酶( Glucoamylase EC3. 2. 1. 3) 又稱γ- 淀粉酶,簡稱糖化酶(縮寫GA 或G),從淀粉的非還原性末端依次水解α- 1 ,4 糖苷鍵,切下一個個葡萄糖單元,形成β- D - 葡萄糖。當遇到分支點時,它也可以水解α- 1 ,6 糖苷鍵,α- 1 ,3糖苷鍵,由此將支鏈淀粉全部水解成葡萄糖。因此被廣泛地應用于酒精、白酒、抗生素、氨基酸、有機酸、甘油、淀粉糖等工業(yè)中,所以糖化酶引起了很多研究者的關注。 一、糖化酶多型性的研究 Boel等建立了黑曲霉基因組文庫并克隆得到黑曲霉糖化酶基因,經(jīng)過研究得知黑曲霉糖化酶基因含有5個內(nèi)含子,并推測它們的剪輯分屬于兩種不同的機制。同年,Boel等經(jīng)過提取黑曲霉總mRNA體外反轉錄得到兩種不同的糖化酶,經(jīng)過比較它們的氨基酸序列,得知糖化酶GⅠ和GⅡ來自同一個糖化酶基因,而且這個基因在黑曲霉基因組里只有一個拷貝,通過mRNA的剪輯得到兩種不同的成熟糖化酶GⅠ和GⅡ。 Semimaru等對曲霉Aspergillus awamori var. kawachi的糖化酶催化功能域和生淀粉結合功能域之間的連接區(qū)域進行了一系列的突變,通過對重組酶特性的研究,提出連接區(qū)域對生淀粉糖化酶的形成、分泌和正常的生淀粉催化功能都具有重要意義。 二、糖化酶的基因以及蛋白質的研究 Boel 等首先從黑曲霉的染色體文庫中分離出糖化酶的基因,它含有五個內(nèi)含子,而泡盛曲霉中含有四個內(nèi)含子。兩種微生物都分泌糖化酶GAⅠ、GAⅡ,兩種酶都由單一基因編碼,有相類似的氨基末端氨基酸序列,在一級結構和C - 端序列長度上稍有不同。 Chen等將來自Aspergillus awamori 的糖化酶編碼基因從N端起到Asn-171, Asn-182 和 Asn-395三個殘基位點的缺失,并且研究了三種重組酶蛋白的酶學特性,發(fā)現(xiàn)在熱穩(wěn)定性、最適溫度、最適pH值和酸堿耐受性方面都發(fā)生了變化。 Bhatti 等用苯胺化學修飾Fusarium solani糖化酶,化學修飾之后的糖化酶在熱力學和動力學上都有所改變。
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