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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 曲霉DDH-7的分離、篩選、鑒定及其淀粉酶酶學(xué)特性的研究
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 該作品針對(duì)生產(chǎn)上以木薯淀粉生產(chǎn)燃料酒精時(shí)所用的淀粉酶特別是糖化酶的最適作用溫度是60℃、在酵母菌的發(fā)酵溫度30℃下酶活低的問(wèn)題，以獲得酸性中低溫淀粉酶。從自然界中分離、篩選得到一株真菌，發(fā)現(xiàn)該菌至少產(chǎn)生一種在pH4.0下最適作用溫度為50℃。且其在30℃時(shí)酶活力為67%的酸性中低溫糖化酶，并將該菌初步鑒定為曲霉屬的一個(gè)種。該菌產(chǎn)酶符合木薯淀粉原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的要求，有望用于工業(yè)生產(chǎn)。值得進(jìn)一步分離純化該酶、克隆其編碼基因等，既具有科學(xué)意義，又具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 面對(duì)能源問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重的現(xiàn)狀，燃料酒精作為一種新型實(shí)用性能源，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。燃料乙醇具有減少CO 、碳?xì)浠衔锏呐欧牛纳瓶諝赓|(zhì)量，減少溫室氣體：促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，增加農(nóng)民收入，增加就業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。木薯生長(zhǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱、耐貧瘠。且不與糧食爭(zhēng)地。木薯的塊根約含30%的淀粉，被譽(yù)為“淀粉之王”，是很有前途的酒精生產(chǎn)原料。 “同步糖化發(fā)酵”是原料液化之后立即降溫至酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精用的溫度30℃，同時(shí)添加中低溫糖化酶和生產(chǎn)酒精用酵母菌，使淀粉糖化和酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精同時(shí)進(jìn)行。目前缺乏可以在酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精所需的酸性低溫條件下高效發(fā)揮作用的糖化酶。傳統(tǒng) “兩步法”工藝中使用的黑曲霉糖化酶的最適作用溫度是60℃，在酵母發(fā)酵溫度30℃時(shí)只能發(fā)揮出60℃下三分之一左右的活力，盡管也能用于淀粉同步糖化發(fā)酵工藝生產(chǎn)酒精，但效率低下，造成生產(chǎn)成本偏高。所以急需尋找能在酸性低溫條件下高效發(fā)揮作用的糖化酶。 本工作從采自河北承德、山東威海及廣西南寧的61個(gè)樣品中分離得到一株產(chǎn)酸性中低溫淀粉酶酶活力較高的絲狀真菌DDH-7，通過(guò)形態(tài)學(xué)觀察和RNA轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列分析初步鑒定為曲霉屬的一個(gè)種Aspergillus sp.。Aspergillus sp.DDH-7可產(chǎn)多種淀粉酶，其中一種淀粉酶的最適作用pH值為5.0，最適作用溫度為60℃；另一種糖化酶在pH4.0下最適作用溫度為50℃。且其在30℃時(shí)酶活力達(dá)到67%。產(chǎn)生的酶的特性基本滿足木薯淀粉原料同步糖化發(fā)酵工藝生產(chǎn)燃料乙醇的要求，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。故對(duì)該菌株進(jìn)行了菌種鑒定和酶學(xué)特性的研究。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 獲得適用于以木薯淀粉原料生產(chǎn)燃料酒精同步糖化發(fā)酵用的酸性中低溫淀粉酶。廣泛采集環(huán)境樣品，分離出中低溫淀粉酶產(chǎn)生菌，從中篩選出最有應(yīng)用潛力的菌株，對(duì)菌株進(jìn)行形態(tài)觀察及菌種鑒定，并對(duì)其產(chǎn)酶進(jìn)行酶學(xué)性質(zhì)的初步研究。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 1.分離、篩選得到一株產(chǎn)酸性中低溫淀粉酶的真菌;并通過(guò)形態(tài)觀察及分子分類將該菌株鑒定為曲霉屬的一個(gè)種。 2.對(duì)該菌株產(chǎn)生的酸性中低溫淀粉酶進(jìn)行了酶學(xué)特性的初步研究，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)所產(chǎn)一種淀粉酶最適作用pH值為5.0，最適作用溫度為60℃，另一種糖化酶在pH4.0下其最適作用溫度為50℃，在30℃時(shí)仍有67%的活力，明顯高于工業(yè)用糖化酶。未見(jiàn)同類報(bào)道，值得深入研究。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本作品分離篩選得到一株產(chǎn)酸性中低溫淀粉酶的微生物，具有應(yīng)用于以木薯為原料同步糖化生產(chǎn)燃料酒精的潛在價(jià)值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 摘 要：隨著能源問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，燃料乙醇作為一種可再生能源越來(lái)越受到人們的重視。結(jié)合中國(guó)人多地少的現(xiàn)狀，我國(guó)國(guó)務(wù)院文件中明確規(guī)定中國(guó)發(fā)展燃料乙醇要使用非糧原料。木薯生長(zhǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱、耐貧瘠。且不與糧食爭(zhēng)地。木薯的塊根含約30%的淀粉，被譽(yù)為“淀粉之王”，是很好的燃料乙醇生產(chǎn)原料。 本工作從采自河北承德、山東威海及廣西南寧的61個(gè)樣品中分離得到一株產(chǎn)中低溫糖化酶活力較高的絲狀真菌DDH-7，通過(guò)形態(tài)學(xué)觀察和rRNA基因轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列分析將其鑒定為曲霉屬的一個(gè)種Aspergillus sp.。Aspergillus sp. DDH-7可產(chǎn)生多種淀粉酶，其中一種淀粉酶的最適作用pH值為5.0，最適作用溫度為60℃，另一種糖化酶在pH4.0下最適作用溫度為50℃,且其在30℃下的酶活力為其最適作用溫度下的67%,說(shuō)明該糖化酶的特性基本滿足木薯淀粉同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的要求，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：曲霉,淀粉酶,木薯淀粉，同步糖化發(fā)酵，燃料乙醇
獲獎(jiǎng)情況
- 作品參加“首屆全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新論壇”獲得專家評(píng)委的好評(píng)
鑒定結(jié)果
- 尚待進(jìn)一步鑒定
參考文獻(xiàn)
- Sassner P, Zacchi G. Integration options for high energy efficiency and improved economics in a wood-to-ethanol process [J]. Biotechnology for Biofuels, 2008, 1(4): 1-11. 諸葛斌,諸葛健.生淀粉糖化酶高產(chǎn)菌的選育[J].微生物學(xué)通報(bào),2001, 28(6): 60-64.
同類課題研究水平概述
- 淀粉酶是能催化淀粉水解成葡萄糖、麥芽糖及其他麥芽低聚糖的一類酶的總稱。其中工業(yè)上常用的四種酶α- 淀粉酶、β- 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和普魯蘭酶。葡萄糖淀粉酶( Glucoamylase EC3. 2. 1. 3) 又稱γ- 淀粉酶，簡(jiǎn)稱糖化酶(縮寫GA 或G)，從淀粉的非還原性末端依次水解α- 1 ,4 糖苷鍵，切下一個(gè)個(gè)葡萄糖單元，形成β- D - 葡萄糖。當(dāng)遇到分支點(diǎn)時(shí)，它也可以水解α- 1 ,6 糖苷鍵，α- 1 ,3糖苷鍵，由此將支鏈淀粉全部水解成葡萄糖。因此被廣泛地應(yīng)用于酒精、白酒、抗生素、氨基酸、有機(jī)酸、甘油、淀粉糖等工業(yè)中，所以糖化酶引起了很多研究者的關(guān)注。 一、糖化酶多型性的研究 Boel等建立了黑曲霉基因組文庫(kù)并克隆得到黑曲霉糖化酶基因，經(jīng)過(guò)研究得知黑曲霉糖化酶基因含有5個(gè)內(nèi)含子，并推測(cè)它們的剪輯分屬于兩種不同的機(jī)制。同年，Boel等經(jīng)過(guò)提取黑曲霉總mRNA體外反轉(zhuǎn)錄得到兩種不同的糖化酶，經(jīng)過(guò)比較它們的氨基酸序列，得知糖化酶GⅠ和GⅡ來(lái)自同一個(gè)糖化酶基因，而且這個(gè)基因在黑曲霉基因組里只有一個(gè)拷貝，通過(guò)mRNA的剪輯得到兩種不同的成熟糖化酶GⅠ和GⅡ。 Semimaru等對(duì)曲霉Aspergillus awamori var. kawachi的糖化酶催化功能域和生淀粉結(jié)合功能域之間的連接區(qū)域進(jìn)行了一系列的突變，通過(guò)對(duì)重組酶特性的研究，提出連接區(qū)域?qū)ι矸厶腔傅男纬伞⒎置诤驼５纳矸鄞呋δ芏季哂兄匾饬x。 二、糖化酶的基因以及蛋白質(zhì)的研究 Boel 等首先從黑曲霉的染色體文庫(kù)中分離出糖化酶的基因，它含有五個(gè)內(nèi)含子,而泡盛曲霉中含有四個(gè)內(nèi)含子。兩種微生物都分泌糖化酶GAⅠ、GAⅡ,兩種酶都由單一基因編碼，有相類似的氨基末端氨基酸序列,在一級(jí)結(jié)構(gòu)和C - 端序列長(zhǎng)度上稍有不同。 Chen等將來(lái)自Aspergillus awamori 的糖化酶編碼基因從N端起到Asn-171, Asn-182 和 Asn-395三個(gè)殘基位點(diǎn)的缺失，并且研究了三種重組酶蛋白的酶學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)在熱穩(wěn)定性、最適溫度、最適pH值和酸堿耐受性方面都發(fā)生了變化。 Bhatti 等用苯胺化學(xué)修飾Fusarium solani糖化酶，化學(xué)修飾之后的糖化酶在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上都有所改變。
