固定化重組大腸桿菌生產(chǎn)β-葡聚糖酶.pdf

1、β-葡聚糖酶是重要的工業(yè)用酶，可有效消除谷物β-葡聚糖在釀造和飼料工業(yè)中產(chǎn)生的負(fù)面影響。國(guó)內(nèi)大多數(shù)飼用酶制劑生產(chǎn)廠家所用的β-葡聚糖酶主要依靠進(jìn)口。固定化細(xì)胞技術(shù)的興起為新的發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展提供了新的契機(jī)，本文以多孔陶瓷和浮石為固定化載體，吸附固定化重組大腸桿菌(Escherichia coli JM 109-pLF3)，并用于發(fā)酵生產(chǎn)β-1，3-1，4-葡聚糖酶。分別在搖瓶培養(yǎng)、固定床間歇培養(yǎng)、固定床連續(xù)培養(yǎng)三個(gè)系統(tǒng)中研究固定化細(xì)胞發(fā)酵

2、生產(chǎn)β-1，3-1，4-葡聚糖酶的培養(yǎng)條件。 實(shí)驗(yàn)先研究了游離細(xì)胞搖瓶發(fā)酵的情況，在37℃，150r/min條件下，約50h后發(fā)酵液中的酶活力為32.1U/mL，達(dá)到最大值。探討了裝液量、轉(zhuǎn)速、溫度、pH等操作參數(shù)對(duì)發(fā)酵的影響，發(fā)現(xiàn)500mL搖瓶裝液100mL培養(yǎng)基、溫度37℃、轉(zhuǎn)速150r/min，pH6.0-8.0為較理想的發(fā)酵條件。 然后，在培養(yǎng)基中添加多孔陶瓷或浮石固定化載體進(jìn)行固定化發(fā)酵，在37℃，150r/m

3、in條件下，48h后發(fā)酵液中的酶活力分別為57.6U/mL，和56.7U/mL，約為同等條件下游離細(xì)胞發(fā)酵的2倍。發(fā)酵后的載體內(nèi)的菌體密度約為發(fā)酵液中的菌體密度的10倍，提高了反應(yīng)系統(tǒng)的平均菌體密度，提高了發(fā)酵效果。探討了載體裝填量、轉(zhuǎn)速、溫度、pH等操作參數(shù)對(duì)發(fā)酵的影響，發(fā)現(xiàn)多孔陶瓷和浮石的最佳裝載量分別為20g/100mL培養(yǎng)基和8g/100mL培養(yǎng)基，最佳轉(zhuǎn)速為200r/min，最佳培養(yǎng)溫度為37℃；發(fā)酵液pH值對(duì)細(xì)胞產(chǎn)酶的影響較

4、小，pH值6.0-8.0之間發(fā)酵液的酶活力變化不大。操作條件經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，多孔陶瓷固定化細(xì)胞和浮石固定化細(xì)胞搖瓶發(fā)酵發(fā)酵液中的酶活力分別達(dá)96.2U/mL和77.9U/mL。固定化發(fā)酵具有良好的重復(fù)使用能力，在連續(xù)10批次實(shí)驗(yàn)中，多孔陶瓷載體固定化細(xì)胞和浮石載體固定化細(xì)胞發(fā)酵的酶活力分別不低于91U/mL和72U/mL。 接著探討多孔陶瓷固定化細(xì)胞在固定床上的發(fā)酵性能。預(yù)先培養(yǎng)的菌液在固定床循環(huán)吸附后，多孔陶瓷載體平衡吸附量為0.

5、02g/mL微孔體積。當(dāng)進(jìn)行固定床固定化細(xì)胞間歇發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵曲線與搖瓶發(fā)酵相似，48h后酶活力達(dá)到最大。 較大的循環(huán)流速和曝氣量對(duì)提高發(fā)酵液酶活力有利，在循環(huán)流速44.2 mL/min，曝氣量為0.6mL/min時(shí)，培養(yǎng)48h后，發(fā)酵液的酶活力達(dá)100.3U/mL。固定化細(xì)胞在固定床上也具有良好的重復(fù)使用能力，在連續(xù)5批次實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)48h后的酶活力均在100U/mL左右。當(dāng)進(jìn)行固定床連續(xù)發(fā)酵時(shí)，固定化細(xì)胞能夠穩(wěn)定地用于連續(xù)化操

6、作，并存連續(xù)化操作中保持恒定的產(chǎn)酶效率。稀釋率是固定化細(xì)胞連續(xù)化操作的重要參數(shù)，較小的稀釋率發(fā)酵得到的發(fā)酵液的酶活力較大，當(dāng)稀釋率為0.05h-1時(shí)，發(fā)酵液的酶活力為39.1U/mL。 最后，根據(jù)多孔陶瓷載體在固定床上的吸附過(guò)程、固定化細(xì)胞間歇發(fā)酵過(guò)程和固定化細(xì)胞連續(xù)發(fā)酵過(guò)程的現(xiàn)象及討論，建立了固定化細(xì)胞吸附過(guò)程模型、固定床固定化細(xì)胞間歇發(fā)酵模型、固定床連續(xù)發(fā)酵模型。建立的三個(gè)模型，得到的模型值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合，能夠比較好地反