地衣芽孢杆菌降解羽毛角蛋白及其发酵产角蛋白酶的研究

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3、较高的经济价值和社会价值。本课题主要针对羽毛蛋白的资源化利用，从菌种的确定入手，对微生物降解羽毛发酵技术和发酵工艺，以及所产的酶等进行系统研究，并建立发酵动力学模型，取得的主要研究结果如下：1．对两株都能以羽毛为唯一碳源、氮源生长的高效降解菌进行比较筛选，试验结果表明地衣芽孢杆菌ZJUQH(BacilluslicheniformisZJUQH)能力最强。在基础培养基中加入羽毛，250ml摇瓶发酵，4<1～5d后羽毛完全脱落被分解。采用扫描电镜拍摄结果显示发酵5d中整片羽毛的降解情况。2．用地衣芽孢杆菌细胞直接降解羽毛，采用正交实验设计对几个主要影响条件进行优化，结果表明：在细胞

4、生长温度40℃，摇床转速120r／min，发酵时间48h，装液量为25ml，反应pH值为7．5，菌体细胞加量为0．59时，发酵产酶结果最佳。而当反应pH值为7．0的时候，羽毛降解率结果最佳。前者很好的体现了正交实验设计的优化作用。并且经验证试验，酶活可达55．7u，略高于优化前最大值。3．进行各培养条件优化研究。羽毛发酵前经0．1％的氢氧化钙处理3h，能极大提高羽毛粉消化率，并对以后的微生物产酶及羽毛降解起到明显促进效果。外加碳源中低浓度葡萄糖有利于羽毛分解和角蛋白酶合成，外加氮源没有明显作用。生长因子中玉米粉提取物对菌的生长和羽毛分解有很好促进效果。金属离子中钙离子、镁离子和

5、表面活性剂中吐温．80具有促进效果，但作用不大。采用响应面试验(BBD)设计对培养的营养组成和培养条件(葡萄糖、玉米提取物、磷酸氢二钾)进行优化，结果在最优化发酵培养基：碱处理羽毛粉(鸡毛粉)2％，葡萄糖1．45％，玉米粉提取物O．735％，磷酸氢二钾0．195％，初始pn7．5，和最佳发酵环境条件下，37℃，180r／min，培养72h，产生的角蛋白酶活力最高达到85．8u，可溶性蛋白在96h最高可达1．13mg／ml。5d后羽毛粉降解率达84．06％。4．在5-L自控式发酵罐中，采用最优化培养基进行实验。分批发酵条件为：搅拌转速200r／min，通气量lL／min，培养温度

6、37℃，装液系数0．6，pH值不控制，接种量5％，发酵7d结果表明放大实验酶活最高值达到61U(72h)，最终的降解率达到64．1％(168h)，可溶性蛋白含量最高可达O．8874mg／ml(108h)，浙江大学硕士学位论文摘要均不如摇瓶，但研究结果为以后的放大深入试验提供基础。5．建立微生物降解动力学模型，地衣芽孢杆菌ZJUQH发酵产酶动力学x=石三凳‰和地衣芽孢杆菌ZJUQH发酵羽毛降解动力学．X(，)=(1131253．4475—8329．83380“3⋯，并对各自模型的参数进行估计，对模型作了分析和评价。6．对5．L发酵液的氨基酸进行了分析，由发酵前后的对比可知羽毛粉经

7、发酵，原本在生羽毛粉中含量很低的必须氨基酸如：蛋氨酸、组氨酸和赖氨酸等都出现大幅度增加。同时羽毛经过水解，提高消化率，其他各营养成分也得到了改善。因此认为地衣芽孢杆菌ZJUQH发酵降解羽毛生产高营养价值的氨基酸是可行的，并可以进一步优化条件，扩大试验规模。7．由羽毛粉发酵液提取粗角蛋白酶，并分析其酶学性质。酶的最适温度为37℃，温度在35℃～45"C之问较稳定，45℃以上酶活性开始下降，50℃保温90min基本失去或性。最适pH为8．0，pH在7．5～8．5之间较稳定，pH6．0以下或10．