重组木聚糖酶的高密度发酵及其定向制备低聚木糖

为提高酶水解杨木木聚糖定向转化低聚木糖的效率,同时降低酶法制备低聚木糖的成本,围绕重组大肠杆菌(PET-PdoXyn10A-DE3)高密度发酵制备拟杆菌来源木聚糖酶PdoXyn10A的诱导表达条件和酶水解制备低聚木糖的工艺条件开展了研究。考察了在5 L发酵罐水平下诱导剂浓度、诱导光密度(OD_(600))值、诱导温度和诱导pH值等因素对PET-PdoXyn10A-DE3产重组木聚糖酶PdoXyn10A的影响,反应温度、pH值对玉米芯木聚糖酶水解过程中酶活力的影响,以及酶添加量、酶水解时间对杨木乙酸水解液制备低聚木糖的影响。研究结果表明:在诱导剂浓度0.25 mmol/L、诱导OD_(600)值55、诱导温度34℃和诱导pH值7.0的最佳诱导条件下,经高密度发酵重组酶酶活力可达362.67 U/mL,重组大肠杆菌生物量可达28.83 g/L。酶水解制备低聚木糖的最佳条件为酶反应温度40℃、pH值5.2、酶添加量12 U/mL和反应时间6 h,此条件下低聚木糖的量为3.21 g/L,其中木二糖、木三糖、木四糖、木五糖和木六糖的量分别为1.09、 0.97、 0.84、 0.18、 0.13 g/L,木糖为1.82 g/L。

不同品种桂花转录组分析及桂花精油成分差异的初步探讨

为丰富桂花转录组数据信息,阐明不同品种桂花精油合成的分子差异,本研究选择三种不同品种桂花,通过Illumina Hiseq2000平台测序,总计产出14.4G数据,三个品种的桂花样品共获得70029个Unigene序列,平均长度762 nt,N50达到1183 nt。通过Unigene的表达差异分析与通路富集分析,发现与桂花精油物质合成途径有关的差异基因主要注释在二萜合成、萜类骨干化合物合成、单萜合成、倍半萜与三萜合成、苯丙烷类合成、苯丙酸类代谢、亚麻酸代谢以及亚油酸代谢8个通路中。而三种桂花差异基因均显著富集的通路则注释在苯丙烷类合成、苯丙酸类代谢、二萜合成以及萜类骨干化合物合成通路,共获得650个编码精油物质合成途径中54个差异酶的差异基因。本研究建立了以金球桂、白洁和日香桂为代表的桂花转录组数据库。通过转录组分析,确定了不同品种桂花精油物质合成差异的表达途径,初步分析了转录组数据库中与精油物质合成途径相关的差异基因。本研究将为桂花精油成分代谢调控及体外表达提供依据。

微生物降解木质素的研究进展

木质纤维是地球上最丰富的可再生生物质资源,其三大成分之一的纤维素是生产生物基材料、生物燃料及生物基化学品的重要原料,但是木质素复杂的化学结构阻碍了木质纤维的应用。常规木质素的物理、化学及物理-化学等降解方法常需要高温、高压条件,并且易产生抑制物、造成高能耗和环境污染等问题。微生物介导的生物催化过程通常在温和条件下进行,可以降低能源投入,为木质素的利用提供了更具体、更有效的选择。传统生物降解以白腐菌等真菌为代表,存在预处理周期长、对环境适应性差等问题,而细菌繁殖迅速、环境适应能力强、易于基因操作,成为未来木质素降解菌株的潜在候选者。本文在介绍木质素化学结构的基础上,综述了近年来微生物降解木质素的研究进展,着重分析了降解木质素的微生物(真菌和细菌)、木质素降解酶(过氧化物酶和漆酶)和降解机制,以及微生物降解木质素在脂类、生物塑料、香兰素、废水处理中的应用,并对微生物降解木质素的未来发展进行了展望。

酶法辅助提取桂花精油工艺优化

为提高桂花精油提取效果,本实验以桂花精油得率为评价指标,在研究单因素酶解温度、酶解时间、酶添加量、料液比、复合酶配比以及酶解p H对精油得率影响的基础上,利用响应面法优化了酶法处理桂花制备桂花精油的条件,并建立了多元二次回归模型。结果表明,当β-葡萄糖苷酶-果胶酶添加量为50.7 IU/g,β-葡萄糖苷酶占总酶活的48.3%,液料比20.3∶1,在p H4.6、46℃下水解2.7 h,桂花精油得率由不加酶的1.77%提高到2.75%,提高了55.37%。提升效果是单一使用β葡萄糖苷酶处理提升效果的1.30倍。GC-MS分析表明,复配酶处理桂花可以使精油中芳樟醇、β-紫罗兰酮、β-二氢紫罗兰酮、β-紫罗兰醇、γ-癸内酯、香叶醇、紫苏醇、橙花醇含量分别提高56.33%、4.38%、21.54%、169.07%、56.52%、230.92%、157.47%和154.41%,邻苯二甲酸酯类下降到16.97%。复配酶处理提高桂花精油得率的同时,也可以提高主要香气物质的含量,降低有害物质的含量,提高桂花精油的品质。

耐热α-葡萄糖苷酶的诱导条件及重组酶的固定化

以构建重组菌(JM109/pBV-220-GLZ)作为耐热α-葡萄糖苷酶的生产菌株,研究了诱导温度、诱导时间以及重组菌生长的不同阶段对重组菌生产耐热α-葡萄糖苷酶的影响,并对诱导表达的重组酶进行了固定化研究。结果表明,最佳的诱导条件是:诱导温度为40℃,诱导时间为14 h,在重组菌D(600)为2.0时诱导的酶活最高。适宜的固定化条件为:海藻酸钠20 g/L,CaCl220 g/L,硬化时间2 h,前交联剂戊二醛的质量分数为1.0%,该条件下的酶回收率高达81%。制备的固定化酶有较好的储存稳定性和操作稳定性,重复操作15次后,酶活为初始酶活的75%。

木聚糖酶XynB分子Ser/Thr平面导入精氨酸对酶热稳定性的影响

为提高木聚糖酶的热稳定性,通过定点突变的方法,在来源于黑曲霉Aspergillus niger nl-1的木聚糖酶XynB分子Ser/Thr平面上引入5个精氨酸,实现了突变酶在毕赤酵母中的表达。通过酶学性质的研究表明,突变酶XynB-104和XynB-77的最适反应温度为50℃,且与原酶相比相对酶活力得到显著提高。在存在底物的情况下,50℃热处理2 h,突变酶XynB-104和XynB-77残余酶活力较原酶的相对转化效率由26%提高到80%左右。突变酶XynB-104的最适反应pH与原酶一致,而突变酶XynB-77最适pH由5.0提高到5.5。结果表明,在木聚糖酶分子Ser/Thr平面不同折叠片引入精氨酸可以增强酶结构的稳定性,特别是能显著提高热稳定性。

脱氢枞基苯并咪唑希夫碱和酰腙衍生物与DNA作用的比较研究

合成了脱氢枞胺和脱氢枞酸的衍生物脱氢枞基-1-甲基苯并咪唑希夫碱(1)和脱氢枞基-1-甲基苯并咪唑酰腙(2),并通过红外、质谱、元素分析和核磁等方法对其进行了表征。运用荧光光谱,黏度分析和图二色(CD)光谱等方法研究了化合物1、2和鲑鱼精DNA的相互作用,在荧光光谱中,通过在DNA-溴化乙锭(EB)体系中加入不同浓度的1和2,随着化合物浓度的增加,DNA-EB体系的荧光强度发生了明显的猝灭效应,由此推测化合物可能与EB一样插入到了DNA的碱基对中,再根据Stern-Volmer方程分析得出,化合物1与DNA作用强于2;黏度分析中,随着化合物1和2浓度的增加,DNA的黏度逐渐增加,且化合物1增加的幅度大于2;CD光谱中,相同浓度的不同化合物使DNA的CD信号的改变量不同,并且化合物1对DNA构型的影响要强于2,三者的实验结果均表明化合物以插入作用的方式与DNA作用。凝胶电泳实验表明,在抗坏血酸(Vc)存在的条件下,化合物1和2均能够对PBR322 DNA质粒进行单股切割,在Vc不存在的条件下,1能够对DNA质粒进行单股切割。结果表明:化合物1具有更强的与DNA作用的能力。

重组木聚糖酶的诱导表达及其定向制备低聚木糖的研究

为降低酶法制备低聚木糖的成本并提高产品纯度,围绕重组木聚糖酶的诱导表达条件和酶水解木聚糖的工艺参数进行研究,考察了诱导剂浓度、诱导温度、诱导光密度(OD 600)值和诱导时间等因素对重组大肠杆菌(pTrc99A-podoxyn11-DE3)产重组木聚糖酶的影响,针对酶水解过程中酶用量、酶水解时间及产物分布情况进行了探讨。结果表明:在诱导剂浓度5 mmol/L,诱导温度32℃,诱导OD 600值1.2,诱导时间8 h的最佳诱导条件下,重组酶酶活力可达5.72 U/mL。玉米芯木聚糖质量浓度20 g/L,温度45℃,pH值5.5,重组木聚糖酶用量为60 U/g条件下水解12 h,酶解率可达49.90%,低聚木糖得率21.75%。杨木木聚糖质量浓度20 g/L,温度45℃,pH值5.5,重组木聚糖酶用量35 U/g条件下水解14 h,酶解率可达79.50%,低聚木糖得率73.30%。重组酶水解两种木聚糖的主要产物均为木二糖和木三糖,几乎不产生木糖。

木质纤维生物质制乙醇产业化现状与开发建议

生物乙醇被认为是最有潜力替代汽油的可再生燃料。2019年,全球生物乙醇产量达到290×10^(8)gal,其中美国和巴西产量分别居于世界第一、第二位,两国生物乙醇产量约占世界总产量的84%;中国生物乙醇产量仅次于欧盟,居于世界第四位,为9×10^(8)gal。2020年,在第75届联合国大会期间,中国提出力争于2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。以木质纤维生物质为原料的第二代生物乙醇,因其原料来源广泛,不额外占用土地,不干扰粮食生产,对于保障我国粮食和生态安全,加快碳达峰、碳中和目标实现具有重要意义。第二代生物乙醇的生产过程分为四个步骤:预处理、水解、发酵和分离。采用适当的预处理技术、降低水解酶的生产成本以及降低酶水解产生的抑制性副产物对糖化发酵效率的影响,是保证第二代生物乙醇生产经济可行的几个关键问题。在世界范围内,美国、加拿大、挪威、奥地利、巴西、瑞典等国家率先实现了第二代燃料乙醇的商业化规模生产。在国家政策引导下,我国第二代生物乙醇生产技术不断取得新的突破,但产业发展情况整体不容乐观。对现有生物乙醇生产技术和资源进行整合,降低第二代生物乙醇的生产成本;从技术和成本上解决五碳糖与六碳糖的共发酵问题,提高生物乙醇的产率,可以提高第二代生物乙醇生产的经济可行性,促进产业健康发展。

灰盖鬼伞菌DSM-886固态发酵提高豆粕饲用价值的研究

[目的]通过灰盖鬼伞菌DSM-886固态发酵提高豆粕的饲用价值。[方法]利用灰盖鬼伞菌菌丝体发酵工艺提高了豆粕的营养价值,并研究了发酵前后豆粕营养成分的变化。豆粕经灰盖鬼伞菌固态发酵96 h后,分析其拮抗因子的变化,并通过对蛋白质的提取与分析,研究了发酵前后蛋白肽分布特性与氨基酸模式的变化。[结果]发酵过程消除了大豆粕中91%的胰蛋白酶抑制因子,组氨酸的总含量提高了217%,同时将豆粕中肽分子量降至20 ku以下。菌丝体发酵后的豆粕具有新的营养特性使之更能适应某些动物特别是幼畜的营养需求,同时发酵过程中产生的漆酶对黄曲霉毒素具有一定的降解作用,可提高饲料的安全性。[结论]作为蕈菌的典型菌株,灰盖鬼伞菌的菌丝体发酵研究可为其他食用菌菌丝体的发酵过程提供参考。

重组耐热β-葡萄糖苷酶的固定化及其对黄酮糖苷的定向转化

为提高黄酮糖苷类化合物酶法转化的效率,降低酶使用成本,对重组耐热β-葡萄糖苷酶的固定化条件进行了研究,比较了固定化酶和游离酶的酶学性质差异,同时研究了固定化酶转化3种黄酮糖苷的时效曲线及转化效率。结果表明:重组耐热β-葡萄糖苷酶的固定化最优条件为在pH值6.0,室温条件下,酶活力2 U/mL,海藻酸钠质量分数1.5%,氯化钙质量分数2.5%,戊二醛质量分数1.25%,颗粒硬化时间2.5 h,此条件下固定化酶颗粒的酶活力为0.64 U/mg,酶固定化率可达62.5%。固定化酶较游离酶具有更优的酸碱稳定性和热稳定性,且重复使用20次后仍具有55%以上的残余酶活力。固定化酶能够高效定向转化异槲皮素、大豆苷以及淫羊藿次苷I等3种黄酮糖苷,生成活性更强的黄酮苷元槲皮素、大豆苷元和淫羊藿素,其摩尔转化率分别为99.37%、97.21%和97.93%,产率分别为0.776、1.091和0.714 g/(L·h)。

I-optimal混匀实验设计制备肉桂叶饲用化复合食用菌菌剂

为进一步提高肉桂叶发酵过程中各种饲用酶活性,通过I-optimal混匀设计考察了不同食用菌菌种间,以及食用菌与米曲霉间混合发酵产饲用酶活性的协同与拮抗效应。研究结果表明:特殊立方模型可以作为实验设计的回归模型,拟合结果可靠。在平菇、金针菇、木耳与米曲霉间,金针菇与木耳的菌丝产酶过程中存在拮抗效应,其余菌种生长过程中显示出明显的协同效应。通过数值优化算法得出2个最佳接种配比方案:配方一为17.6%木耳、44.4%平菇和38.0%米曲霉,对应的木聚糖酶酶活为9.14 U/g、纤维素酶酶活为1.56 U/g、植酸酶酶活为67.37 U/g;配方二为60%金针菇和40%米曲霉,对应的木聚糖酶酶活为5.74 U/g、纤维素酶酶活为1.34 U/g、植酸酶酶活为58.39 U/g。

不同酶处理对桂花浸膏及精油成分的影响

为提高桂花浸膏及精油的品质,改进浸膏及精油制备工艺提供依据,试验采用β葡萄糖苷酶-果胶酶、鼠李糖苷酶、β葡萄糖苷酶1和3对桂花进行处理。经石油醚提取和水蒸气蒸馏制备桂花浸膏及精油。通过GC-MS分析,复配酶效果优于单酶。与对照相比,浸膏中二氢芳樟醇、γ-癸内酯、β-二氢紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、香叶醇和柠檬烯等主要香气物质的含量分别提高了27.27%、116.36%、247.06%、100.00%、72.84%以及14.29%,并检测出β-紫罗兰醇和橙花叔醇,邻苯二甲酸酯类含量下降56.84%。精油中芳樟醇、β-紫罗兰酮、β-二氢紫罗兰酮、β-紫罗兰醇、γ-癸内酯、香叶醇、紫苏醇和橙花醇含量提高156.33%、104.38%、121.54%、269.07%、156.52%、330.92%、257.47%和254.41%,邻苯二甲酸酯类下降40.08%。酶法处理可以增加桂花浸膏及精油中呈香化合物的数量,提高主要香气物质的含量,降低有害物质的含量,从而提高桂花浸膏及精油的品质。