半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法
2023-05-22 01:38:46 1
專利名稱:半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法
技術領域：
本發明屬於生物酶製備技術領域：
，特別涉及一種半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法。
背景技術：
隨著人類社會的進步，人類經濟可持續發展戰略中的能源、糧食、環境等諸多重大問題都與可再生性資源的利用有關，現代發酵工業的重點也是要解決可再生性資源的利用和環境汙染問題。利用纖維素酶將植物纖維原料水解成單糖，繼而發酵成酒精或單細胞蛋白，是合理利用可再生資源的一條有效途徑，其關鍵環節是纖維素酶的生產。目前普遍採用液體深層發酵工藝生產纖維素酶，但設備投資大，生產成本高。固態發酵是一種歷史悠久的傳統技術，由於其特有的經濟性和實用性，近年來該技術在纖維素酶的生產方面已經引起了廣泛的重視。
固態發酵生產纖維素酶的原料通常是含有纖維素的基質，包括純纖維素和經過一定預處理的廉價的木質纖維原料(主要成分為纖維素、半纖維素和木質素)，如秸稈等。公開號為CN1493682A(申請號為02149485.1)的專利中開發了浸提式半連續固態發酵方法及裝置，在該專利的實施例中，採用汽爆方法預處理木質纖維素原料，通過發酵培養、浸提、分離浸提液等過程的循環實現浸提式半連續固態發酵生產纖維素酶。但實驗結果表明，採用該過程以不經過預處理、或只經過簡單預處理(如鹼法預處理)的木質纖維素原料(如稻殼等)為發酵基質時，由於基質利用率低而導致發酵基質的可循環發酵次數非常有限。汽爆預處理後的木質纖維素原料雖更容易被微生物所利用，但該過程的設備投資較大，運行成本也較高。
發明內容
本發明目的是提供一種半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法。其特徵在於以稻殼、甘蔗渣或秸稈粉等木質纖維素原料和麩皮為發酵基質，菌種為纖維素酶產生菌，通過發酵與浸提過程的耦合，降低發酵產物的積累對發酵過程的抑制作用，並以浸提後的發酵基質中的纖維素酶產生菌菌體為菌種，通過添加滅菌後的新鮮發酵基質繼續發酵以實現半連續化生產纖維素酶。
所述的發酵基質中木質纖維素原料和麩皮的質量比為(0.05-50)∶1。
所述的纖維素酶產生菌為木黴(Trichoderma)、青黴(Penicillum)、麴黴(Aspergillus)或根黴(Rhizopus)等。
所述的浸提過程是通過取樣監測到發酵基質中纖維素酶活性接近最高時加入0.02mol/L、pH值為4.8的醋酸緩衝液作為無菌浸提液，浸提液與發酵基質的質量比為(0.1-20)∶1，攪拌均勻、浸泡0.2-5小時，過濾、分離發酵基質和浸提液，浸提液用於提取產物纖維素酶，浸提後的發酵基質與滅菌後的新鮮發酵基質以(0.05-50)∶1質量比混合後繼續發酵，當監測到發酵基質中纖維素酶活性接近最高時再次重複上述浸提、補料及發酵過程。
本發明的有益效果是克服了現有固態發酵生產纖維素酶工藝中，採用經過簡單預處理的木質纖維素為發酵基質生產纖維素酶效率低、不能連續生產、以及纖維素酶生產成本較高等缺點。本發明提供的包括浸提、補料等過程的固態發酵生產纖維素酶新技術，採用只經過簡單預處理的木質纖維素為原料，就可提高發酵基質和反應器利用率，降低纖維素酶的生產成本，並且工藝過程簡單、易於實現工業化應用。
具體實施方式
實施例1本發明按以下步驟實現半連續固態發酵—分離耦合生產纖維素酶，具體步驟如下(1)按無菌操作將發酵基質接入10％(指相對於發酵基質的種子液質量百分比)綠色木黴(Trichoderma sp.3.2942)菌種，發酵基質組成為在4％NaOH溶液40℃下浸泡24小時的鹼處理稻殼、麩皮和無機鹽水溶液(按質量百分比濃度包括1％ (NH4)2SO4、0.3％KH2PO4和0.5％MgSO4)，稻殼與麩皮的質量比為3∶7，稻殼與麩皮的總質量與無機鹽水溶液的質量比1∶2，pH自然，培養溫度30℃；(2)發酵培養96小時後，在發酵基質中加入0.02mol/L、pH值為4.8的醋酸緩衝液作為無菌浸提液，固液比為1∶10，浸提20分鐘後，過濾分離浸提液和發酵基質，浸提後的發酵基質與新鮮發酵基質以1∶5質量比補料後繼續發酵，實驗結果表明第二次發酵過程中纖維素酶達到最高酶活時間可縮短2倍，其最高酶活(濾紙酶活)可達到第一次發酵中最高酶活的90％左右。
實施例2依實施例1中的步驟(1)和(2)，浸提後的發酵基質與新鮮培養基以1∶1質量比繼續發酵，實驗結果表明與第一次發酵相比，第二次發酵過程中纖維素酶達到最高酶活時間可縮短1倍，其最高酶活(濾紙酶活)與第一次發酵中最高酶活相當。
實施例3依實施例1中的步驟(1)和(2)，發酵基質與新鮮培養基以1∶1質量比繼續發酵。實驗結果表明與第一次發酵相比，第三次發酵過程中纖維素酶達到最高酶活時間可縮短1倍，其最高酶活(濾紙酶活)與第一次發酵中最高酶活相當。
上述發酵過程共經過七次補料，共八次發酵過程，發酵時間為18天，發酵後每克底物可得到的酶活(濾紙酶活)是常規批式發酵1.36倍；反應器發酵效率是常規批式發酵1.36倍。
權利要求
1.一種半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法，其特徵在於以稻殼、甘蔗渣或秸稈粉等木質纖維素原料和麩皮為發酵基質，菌種為纖維素酶產生菌，通過發酵與浸提過程的耦合，降低發酵產物的積累對發酵過程的抑制作用，並以浸提後的發酵基質中的纖維素酶產生菌菌體為菌種，通過添加滅菌後的新鮮發酵基質繼續發酵以實現半連續化生產纖維素酶；其工藝過程是通過取樣監測到發酵基質中纖維素酶活性接近最高時加入無菌浸提液，浸提液與發酵基質的質量比為(0.1-20)∶1，攪拌均勻、浸泡0.2-5小時，過濾、分離發酵基質和浸提液，浸提液用於提取產物纖維素酶，浸提後的發酵基質與滅菌後的新鮮發酵基質以(0.05-50)∶1質量比混合後繼續發酵，當監測到發酵基質中纖維素酶活性接近最高時再次重複上述浸提、補料及發酵過程。
2.根據權利要求
1所述半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法，其特徵在於所述的發酵基質中木質纖維素原料和麩皮的質量比為(0.05-50)∶1。
3.根據權利要求
1所述半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法，其特徵在於所述纖維素酶產生菌為木黴(Trichoderma)、青黴(Penicillum)、麴黴(Aspergillus)或根黴(Rhizopus)。
專利摘要
本發明公開了屬於固態發酵生產纖維素酶技術領域：
的一種半連續固態發酵—浸提耦合生產纖維素酶方法。以稻殼等木質纖維素原料和麩皮為發酵基質，開發了包括發酵、浸提、補料等過程的半連續固態發酵生產纖維素酶新工藝，該工藝可採用只經過簡單預處理的木質纖維素為原料，並且發酵基質和反應器利用率高、成本低、易於實現工業化應用。
文檔編號C12N9/42GKCN1632111SQ200510002222
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月18日
發明者周玉傑, 陳書峰, 張建安, 劉德華 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan