探析固定化重组大肠杆菌生产β-葡聚糖酶

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1、厦门大学硕士学位论文固定化重组大肠杆菌生产β-葡聚糖酶姓名：陈文谋申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：何宁;卢英华20060101厦门大学硕士学位论文摘要B．葡聚糖酶是重要的工业用酶，可有效消除谷物B．葡聚糖在酿造和饲料工业中产生的负面影响。国内大多数饲用酶制剂生产厂家所用的B一葡聚糖酶主要依靠进口。固定化细胞技术的兴起为新的发酵技术的发展提供了新的契机，本文以多孔陶瓷和浮石为固定化载体，吸附固定化重组大肠杆菌(EscherichiacoliJM109．pLF3)，并用于发酵生产B—l，3一l，4一葡聚糖酶。分别在摇瓶培养、固定床间歇培养、固定床连

2、续培养三个系统中研究固定化细胞发酵生产B—l，3一l，4一葡聚糖酶的培养条件。实验先研究了游离细胞摇瓶发酵的情况，在37℃，150r／min条件下，约50h后发酵液中的酶活力为32．1U／mL，达到最大值。探讨了装液量、转速、温度、pH等操作参数对发酵的影响，发现500mL摇瓶装液100mL培养基、温度37℃、转速150r／min，pH6．0—8．0为较理想的发酵条件。然后，在培养基中添加多孔陶瓷或浮石固定化载体进行固定化发酵，在37℃，150r／min条件下，48h后发酵液中的酶活力分别为57．6U／mL和56．7U／mL，约为同等条件下游离细胞发酵的

3、2倍。发酵后的载体内的菌体密度约为发酵液中的菌体密度的10倍，提高了反应系统的平均菌体密度，提高了发酵效果。探讨了载体装填量、转速、温度、pH等操作参数对发酵的影响，发现多孔陶瓷和浮石的最佳装载量分别为20g／100mL培养基和8g／100mL培养基，晟佳转速为200r／min，最佳培养温度为37℃；发酵液pH值对细胞产酶的影响较小，pH值6．0．8．0之间发酵液的酶活力变化不大。操作条件经过优化后，多孔陶瓷固定化细胞和浮石固定化细胞摇瓶发酵发酵液中的酶活力分别达96．2U／mL和77．9U／mL。固定化发酵具有良好的重复使用能力，在连续10批次实验中，

4、多孔陶瓷载体固定化细胞和浮石载体固定化细胞发酵的酶活力分别不低于91U／mL和72U／mL。接着探讨多孔陶瓷固定化细胞在固定床上的发酵性能。预先培养的菌液在固定床循环吸附后，多孔陶瓷载体平衡吸附量为O．02g／mL微孔体积。当进行固定床固定化细胞间歇发酵时，发酵曲线与摇瓶发酵相似，48h后酶活力达到最大。厦门大学硕士学位论文较大的循环流速和曝气量对提高发酵液酶活力有利，在循环流速44．2mL／min，曝气量为0．6mL／min时，培养48h后，发酵液的酶活力达100．3U／mL。固定化细胞在固定床上也具有良好的重复使用能力，在连续5批次实验中，培养48h

5、后的酶活力均在100U／mL左右。当进行固定床连续发酵时，固定化细胞能够稳定地用于连续化操作，并在连续化操作中保持恒定的产酶效率。稀释率是固定化细胞连续化操作的重要参数，较小的稀释率发酵得到的发酵液的酶活力较大，当稀释率为O．05hq时，发酵液的酶活力为39．1U／mL。最后，根据多孔陶瓷载体在固定床上的吸附过程、固定化细胞间歇发酵过程和固定化细胞连续发酵过程的现象及讨论，建立了固定化细胞吸附过程模型、固定床固定化细胞间歇发酵模型、固定床连续发酵模型。建立的三个模型，得到的模型值与实验结果基本符合，能够比较好地反映出各操作条件对各过程的影响。关键词：13

6、．葡聚糖酶；固定化细胞；固定床厦门大学硕士学位论文AbstractB—glucanasesareimportantenzymesinthebrewingandanimalfeedstuffindustries．InChina，thesupplyofB—glucanasesmainlydependsonimport．Thematurityofimmobilizationtechnologyhasbeenbringinganewchanceforthedevelopmentoffermentationtechnology．Inthisthesis，Esche

7、richiacoliJM109一pLF3wasimmobi1izedonporousceramicaswellaspumicebyadsorption。andfermentationswiththeimmobilizedceliswereperformedinshakeflasksandafixbedbioreactor，respectively．Thefermentationconditionswereinvestigatedineachcultivationsystemandtheircultivationmode．Atfirst，thefreece

8、l1SofEscherichiacoliJM109一pLF3werecultiv