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本论文首先在前人工作的基础上,研究出一种经济可行的从大麦中提取β-葡聚糖的方法。该方法通过酶解除淀粉、等电点除蛋白质、酵母发酵除小分子单糖等物质,该法生产的β-葡聚糖中还原糖仅为0.06%。以其作为底物进行β-葡聚糖酶活力测定时,同国外产品相比,性能没有差别。
根据刚果红与β-1,3-1,4-葡聚糖紧密结合而保持红色的特征,采用改进的方法筛选β-葡聚糖酶高产霉菌。从牛的瘤胃中分离出一株发酵生产β-葡聚糖酶的菌株QY-003,经初步鉴定,该菌株为局限曲霉(Aspergillusrestrictus)。通过低温驯化、紫外诱变琼脂平板上的孢子等方法,对该菌株进行诱变。根据刚果红与β-1,3-1,4-葡聚糖耦合而保持红色的特征,采用鉴定平板与诱变平板合而为一的快速高效的方法筛选出一株产酶活力比原始菌株提高4倍多的诱变株QY-00305,该菌株有较好的稳定性。
采用单因子试验、正交实验、计算机二次回归分析及响应面方法分析,对局限曲霉(QY-00305)发酵培养基和发酵条件进行研究。采用中心组合设计进一步研究了大麦粉的添加量和Na2HPO4·12H2O的添加量对β-葡聚糖酶发酵的影响;运用SAS软件对试验结果进行二次回归分析,建立了β-葡聚糖酶活力随大麦粉的添加量和Na2HPO4·12H2O浓度变化的模型;运用响应面方法分析,将β-葡聚糖酶活力与上面两个因素的关系反应在响应面上。最后得出其最佳培养基配方为(/100mL):大麦粉1.50g,(NH4)2SO40.50g,NaNO30.40g,Na2HPO4·12H2O0.15g,CaCO30.50g,Tween800.15mL;其最佳培养条件为:发酵初始pH为8.5,发酵温度为34℃,500mL三角瓶的装液量为100mL(摇床转速为200r/min),菌体的接种量为14%(孢子悬液的浓度为1.25×106cell/mL孢子悬液),发酵周期为84h。在最佳培养基和最优发酵条件下,每毫升发酵培养基中β-葡聚糖酶的活力达1542.58u,大约是初始设计培养基的2.5倍。
为了有效地控制发酵过程,设计了β-葡聚糖酶分批发酵的动力学模型,并利用SAS/OR模块进行了动力学参数估计。最后利用Mathematica求解微分方程的数值解,进一步对模型进行验证。结果发现,动力学模型预测值与实测值拟合性较好。