产酸性蛋白酶微生物的筛选及其在玉米淀粉生产中的应用

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国内外玉米淀粉生产主要采用湿法加工工艺,传统湿法加工工艺中的浸泡条件是在含有0.2 %~0.25 % SO2的50℃±2℃的浸泡水中浸泡48 h,由于浸泡环节影响着后续各道工序的正常进行,并直接影响着淀粉的得率和品质,因此湿法加工工艺中的玉米浸泡环节是淀粉生产中的重要工序。然而,由于浸泡时间过长和使用SO2污染问题,造成能源浪费和无法实现绿色生产,已成为限制整个淀粉生产产业发展的瓶颈。采用SO2浸泡的目的,是利用亚硫酸打断包裹淀粉颗粒的蛋白质的二硫键,使得蛋白质分子结构松散,从而使淀粉颗粒游离出来,同时亚硫酸还具有防腐和杀灭杂菌的作用。本文基于SO2在浸泡水中所发挥的作用,筛选适宜玉米浸泡环境的产酸性蛋白酶的高产菌株,利用生物手段达到替代SO2的目的。首先在自然环境下筛选产酸性蛋白酶菌株,经紫外线诱变选育产酸性蛋白酶高产菌株,之后对发酵培养基和培养条件进行优化,得到最佳产酶条件,并对所产酸性蛋白酶进行酶学性质研究,最后探索菌株发酵液在淀粉生产中玉米浸泡工艺的应用。具体研究内容和结果如下:1.针对产酸性蛋白酶的微生物以真菌为主,选取50℃±2℃的温度、pH值在3.5~5.5的培养条件下进行筛选,然后进行产酸性蛋白酶活力和淀粉酶活力的检测,由于所筛选出的菌株要应用到玉米淀粉生产中,所以要筛选出产酸性蛋白酶活力强,而产淀粉酶活力弱的菌株,最终确定T26为目的菌株。通过对T26的形态和菌落进行显微观察,并结合分子生物学鉴定技术,采用ITS序列扩增后测序得到长度为566 bp的基因序列,经同源性比对可确定菌T26属曲霉属(Aspergillus)烟曲霉(A. fumigates strain)。2.对筛选出的菌种T26进行紫外(UV)诱变,选取适宜剂量诱变后的菌株进行产酸性蛋白酶活力的筛选,并进行产酶稳定性试验,得到突变株UV11,酶活力水平提高到6680 u/ml。接下来对发酵培养基和培养条件进行优化,得到最优发酵条件为:豆饼粉4 %,麸皮8 %,氯化铵3 %,磷酸氢二钾0.2 %,氯化钙0.5 %,初始pH值为5,接种量为1.5 %,50±2℃发酵培养5 d。3.通过对所得粗酶的酶学性质进行研究,主要是研究酶的适宜pH值、适宜底物浓度、适宜温度和热稳定性等特性。得到由UV11所产的酸性蛋白酶最适合pH为4.5,适宜酪蛋白底物浓度为2 %,适宜温度为50℃,并具有较高的稳定性,其酶学性质为后续的应用环节奠定了理论基础。4.在实验室条件下,对传统玉米淀粉生产的浸泡环境进行工艺条件的改良,得出酶法加工工艺的最佳浸泡工艺条件为:玉米首先在温度50℃、乳酸0.5 %、SO2 0.08 %的条件下初次浸泡12 h后,去皮去胚,添加12 %突变株UV11发酵液后进行二次浸泡,需再次浸泡10 h。与传统湿法加工工艺相比,采用添加发酵液的新工艺的浸泡时间缩短了26 h,且新工艺得到的淀粉符合淀粉的品质规定,并能提高各组分回收率。
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