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我国每年从禽畜加工厂产生大量角蛋白废弃物,它们大多未被充分利用,有的甚至污染环境,造成公害。羽毛的主要化学成分是角蛋白,是一种良好的可替代或部分替代鱼粉的饲料蛋白来源。对羽毛等角蛋白资源的开发利用既有科学价值又有经济价值。传统的物理、化学水解法开发利用角蛋白能耗高且效率低,而利用生物技术降解角蛋白既对环境友善,又可改善羽毛等角蛋白的营养组成,具有无可比拟的优势和广阔的应用前景。角蛋白具有不溶于水和抗分解的性质,要将这项技术成功的应用于角蛋白资源的开发,必须找到高效的降解菌,并建立合适的发酵工艺。本课题针对羽毛角蛋白的资源化利用,进行了初步研究并取得如下成果:
1.以羽毛作为唯一碳源和氮源,从本实验室保藏的具有羽毛角蛋白降解活力的几十株真菌和放线菌中通过试管静止培养初筛,摇瓶发酵和固体发酵复筛获得一株高效角蛋白降解菌B221,试验证明,该菌株有很高的降解羽毛角蛋白的活性,将其接种于经过灭菌处理的羽毛培养基中,试管静止培养4-5天后可使完整羽毛完全消失。在不同培养时间用扫描电镜检测接种B221的试管和未接菌种的试管中羽毛梗的表面发现,同一根羽毛随作用时间的延长腐蚀明显。而相同条件下不接菌种的空白对照管羽毛在35℃放置10d变化不明显。
2.鉴定了羽毛角蛋白高效降解菌B221。菌株B221可在高氏Ⅰ号平板上生长,基内菌丝发育良好,气生菌丝丰茂。菌落淡粉红色,表面干燥粉末状,反面黄色。菌落与培养基结合不紧密,易挑起。孢子链有长有短,孢子形态多样,为外鞘所包,以光滑球形为主,另有部分带刺突状等各种装饰物。初步判定该菌株为链霉菌属放线菌。
3.对B221固体发酵条件进行了研究。在营养条件上,着重考察了碳源、氮源和无机盐的添加效应,研究证明,氮源和无机盐对固体发酵有显著的抑制作用,碳源的影响不明显。在环境条件上着重考察了培养基含水量、起始pH值、温度和接种量的影响。研究证明,B221固体发酵的最适条件为:培养基含水量75%,pH值9.0左右,温度40℃,接种量20%,发酵时间6d。
4.对B221产生的角蛋白酶进行了初步研究。研究证明,角蛋白酶是一种诱导酶,在有羽毛粉作底物的情况下角蛋白酶活呈周期性变化,添加外源碳氮后角蛋白酶活降低且到达最高值的时间延迟,当只有外源碳氮存在时,角蛋白酶活一直维持在很低的水平。在液体发酵条件下,角蛋白酶活在第3天达到最高值975U/g;在固体发酵条件下,角蛋白酶活在第4天达到最高值2169U/g,是液体发酵的2倍多。
5.对固体发酵过程中角蛋白酶活力、生物量和可溶性蛋白的变化进行了研究。以Glucosamine形式表现的B221的生物量与角蛋白酶活变化有一致性,两者同时在发酵第4天达到最高值,随后迅速下降,到发酵结束时同时达到最低。在角蛋白酶活和生物量增长的同时,可溶性蛋白含量也急剧升高,第4天后虽有所升高,但趋于平稳。因此角蛋白酶活和生物量有相关性,并与可溶性蛋白的变化有对应关系。