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通过正交实验法,对半纤维素制备工艺进行优化处理,得到最佳条件:提取半纤维素的氢氧化钠浓度为6%:碱解温度为95℃,最佳碱解时间2小时;碱解过滤后调滤液pH值为5.0;取1倍滤液体积的乙醇沉淀半纤维素;获得半纤维素的产率最大为27.6%。
采用改进的双层平板筛选方法,分离纯化了一株野生型高产木聚糖酶的菌种A3,初步鉴定为黑曲霉(Aspergillus niger)。
研究了A3菌株的液态发酵条件,发现该菌在培养24小时时有一个小的产酶峰。培养96小时后,酶活力可达320IU/ml。该菌产木聚糖酶属于滞后合成型产酶类型。最大比生长速率为0.075h-1和1.225IU/mg。培养基中半纤维素浓度在3%时,添加0.5%的麸皮比不加麸皮产木聚糖酶活力要高。氮源以硝酸钠和蛋白胨时,产木聚糖酶较好。在培养基中添加非离子型表面活性剂0.5%。Tween80可以提高A3菌株的产酶能力。发酵起始pH为5.0时为最佳的产酶起始pH。在发酵条件优化下,A3菌株最高产酶活力可达500IU/ml。A3直接利用天然植物材料通过16L发酵罐产酶活力能达到236IU/ml。
A3菌株固体发酵的最适条件为:起始pH4.6,发酵温度28℃,1ml孢子悬液(1.2×107个/ml孢子悬液)接种量,在250ml三角瓶中装入粉碎的100目麦秸、麸皮和玉米芯,按比例1:1:1,共7.5g,发酵3天,木聚糖酶活力可达5147IU/g培养基。此时,木聚糖酶活力和内切葡聚糖酶活力之比为120:1。其中,氮源组成、温度、pH及发酵时间对固态发酵曲中木聚糖酶和纤维素酶的比例有较大影响。
该酶经硫酸铵盐析,乙醇沉淀,Sephadex G-100和DEAE—Sephadex A—50分离纯化后,获得3个组分,分别称为X1、X2和X3。其中X1的纯化倍数为25.7,收率为0.24%;X2的纯化倍数为2.1,收率为0.41%;X3的纯化倍数为38.1,收率为9.7%。
通过对X1、X2和X3水解产物的薄层层析研究发现,X1的水解产物为单糖——木糖,X2和X3的水解产物以木二糖为主。
采用自制的木聚糖酶LDA3对纸浆进行预漂白处理,可以显著降低纸浆的卡伯值。A3木聚糖酶处理木浆的条件为30℃,15IU/g绝干浆,卡伯值最大落差为3.0。处理麦草浆的条件为30℃,30IU/g绝干浆,卡伯值最大落差为7。经换算分别可以降低16%和15%的有效氯用量,具有降低漂白成本和减少环境污染的显著效果。
A3木聚糖酶也可用于制备双歧因子——低聚木糖。制备低聚木糖的最佳工艺条件为:10kg玉米芯,经碱解提取半纤维素后,加木聚糖酶酶量为300IU/g木聚糖,酶解时间为6小时,经脱盐、浓缩等工业后,低聚木糖的得率为10.2%。制备低聚木糖后的碱性纤维素废渣可以进行综合利用,如栽培食用菌、制备羧甲基纤维素钠和其他等,以减少环境污染。