分泌涩柿单宁酶的微生物筛选及其酶特性的研究

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柿(Diospyros kaki L.f.)是一种营养成分丰富的水果。含有糖类、人体必须的氨基酸、多种微量元素、维生素、有机酸、黄酮类等。我国柿资源丰富,栽培面积达293.8公顷,年总产量为3469.4千吨,占世界总产量的70%以上。我国生产的柿约有80%是涩柿,脱涩后柿果在加工过程中或加工后出现的返涩现象,至今在生产实践中仍没有科学、有效的解决方法,严重制约了涩柿加工的工业化生产和产业化发展。传统的脱涩方法涩柿脱涩后并非单宁物质消失,只是因为单宁溶解度降低,与口腔中蛋白质的结合能力降低,人感觉不到涩味。本论文以解决涩柿返涩问题为出发点,寻找可以分泌单宁酶的微生物,分解涩柿单宁,从根本上解决涩柿返涩问题。这对推动柿产业发展、增加柿果的附加值,提高经济效益有重要的实践指导意义。本文从创造模拟环境入手,以涩柿作为微生物生长的微环境,让微生物自然生长,利用平板划线法分离微生物,获得纯种菌株。通过菌株在溴酚兰培养基中的变色情况、COD去除率以及菌株对单宁耐受力,筛选出目标菌株。通过对菌落形态观察和水浸片的观察,初步鉴定目标菌株为黑曲霉(A.niger)。对目标菌株的原生质体进行紫外诱变,测定诱变菌株产酶能力及传代稳定性,筛选出试验菌株。通过单因素试验和L27(313)正交试验,研究了培养时间、温度、初始pH值、葡萄糖浓度、接种量、涩柿单宁含量、容器装液量等因素,确定该诱变菌株产酶的最优工艺参数。最后对黑曲霉单宁酶的特性进行探讨。研究结果如下:(1)28℃,160r/min摇床中,黑曲霉恒温培养72h可获得较大生物量和最高产酶能力。(2)160r/min摇床中恒温培养72h,黑曲霉产酶的适宜温度为28~32℃,其中30℃时黑曲霉所产单宁酶活力最高为142.9U/mL。(3)30℃,160r/min摇床中恒温培养72h,黑曲霉产单宁酶的适宜涩柿单宁浓度为2~5%。涩柿单宁浓度为4%时,可获得最大酶活156.7U/mL。(4)30℃,160r/min摇床中恒温培养72h,黑曲霉生在pH值为5~7的条件下生长较好,其所分泌单宁酶活力较高,pH值为5时,黑曲霉生物量最大,为356.8mg;pH值为6时,单宁酶活力最高,为160.3U/mL。(5) 30℃,160r/min摇床中恒温培养72h,发酵液中葡萄糖浓度为0.5~1.0%时,黑曲霉发酵产单宁酶能力较高,葡萄糖浓度为0.8%黑曲霉产酶能力最高。(6) 30℃,160r/min摇床中恒温培养72h,接种量为1.5%~2.5%时,黑曲霉所产酶能力较高;接种量为2%时,黑曲霉产酶能力最高。(7) 30℃,160r/min摇床中恒温培养72h,250mL容量瓶中装液量为40~60mL适宜黑益霉发酵产生单宁酶,装液量为50mL时黑曲霉所分泌单宁酶活力最高。(8)正交试验得出,各因素及其交互作用对试验指标影响的主→次顺序为:培养时间,培养温度,发酵液量,单宁含量,葡萄糖含量,发酵液初始pH值,接种量;黑曲霉发酵产单宁酶最优组合为培养时间72h,培养温度28℃,发酵液量40mL,涩柿单宁含量3%,葡萄糖含量0.8%,发酵液初始pH值7.0,接种量2.5%。(9)动力学研究表明,以PG为底物时,米氏方程Km=0.595mmol/L,Vm=0.363mol/L·min。(10)黑曲霉单宁酶催化分解涩柿单宁的适宜pH值范围为4.0~6.0,最适pH值为5.0;单宁酶在pH值为5~7的体系中活性较为稳定。(11)单宁酶作用的适宜温度为50~60℃,最适反应温度为55℃;单宁酶活性稳定的温度范围为≤60℃。(12) K+、Mn2+对单宁酶活力无抑制作用,Ca2+影响较小,Mg2+可使单宁酶活力降低,Cu2+、Zn2+、Fe2+、Al2+,Co2+对单宁酶均有显著抑制作用。
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