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生产木聚糖酶酶使用固体基质发酵农工业的浪费

*通信:

Nitin Kumar辛格、生物技术、IMS工程学院,加济阿巴德,北方邦,印度,电子邮件:nitin.3328@gmail.com

文摘

研究了木聚糖酶酶的生产曲霉菌nidulans使用固体基质发酵。本研究是为了优化不同条件下生产木聚糖酶的利用农工业的浪费产品为唯一碳源的微生物的增长。豌豆、橙、菠萝和mosambi皮被用作酶底物生产和观察,使用豌豆皮最大酶活性。各种物理和化学参数,进一步支持酶生产,优化了批量实验的应用程序在不同的条件和使用设计专家:一种统计工具,应用响应面方法。

关键字

木聚糖酶;农工的浪费;响应面方法(RSM)

介绍

酶是一组的生物分子和生物反应的速率增加。全球工业市场有用的酶是在2014年估计为42亿美元左右,预计开发复合年增长率(CAGR)约7%从2015年到2020年达到近62亿美元(持续的市场研究报告)1]。可以看出主要在粮食加工行业增长是重要的2]。目前的行业,如洗涤剂、纺织、淀粉燃料酒精行业占大部分的整体酶用于工业、饲料和食品酶以及总计仅三十五总数的。

木聚糖酶是一类酶转化多糖beta 1, 4-xylan木糖。它打破了半纤维素,这是植物细胞壁的主要成分,有助于打破细胞壁,从而导致细胞的释放组件。木聚糖中发现大量的软木裸子植物即7%到10%,从被子植物即硬木。15%到30%的质膜内容和同样在一年生植物(约30%3]。主要存在于植物的次生细胞壁,但也发现初生细胞壁,主要在单子叶植物(4]。的生态位微生物有能力生产木聚糖酶是众多和广泛和普遍接受的环境无论东西积累和恶化,同样作为反刍动物的肠道内(5]。细菌、真菌、蜗牛、海洋藻类、原生动物、酵母、种子、昆虫、甲壳类动物,等生产木聚糖酶,(哺乳动物不产生木聚糖酶)。工业上重要的木聚糖酶的主要来源是丝状真菌(6]。固体基质发酵(SSF)过程是可取的生化过程使用各种农工业的木聚糖酶的生产浪费虽然各种方法使用淹没发酵酶,社保基金的过程更为有利,因为它很容易孤立的酶,低废水输出和发泡的没有问题。其他优点包括低潮湿基板的内容,消除了边缘污染和降低反应堆的操作价值。木聚糖酶可以的真菌来源(7)或细菌来源(8)和基于环境条件可以extremophilic木聚糖酶、嗜热木聚糖酶(9),好寒性的木聚糖酶或alkaliphilic和嗜酸性木聚糖酶。

木聚糖酶是一种重要的工业酶,应用在一些工业实践。这种酶的主要当前应用程序是在纸浆和造纸工业经济bio-bleaching [10洗涤剂的应用(所需),也11),他们被发现是有用的动物饲料12),他们将大多数烤内安装使用业务面团的准备(13]。在偶然中提取和制备可溶性偶尔。它也用于药物活性多糖的生产使用,在植物细胞的原生质,抗菌药物抗氧化剂(14]。

在这项研究中,我们使用不同的农工的浪费产品(橘子皮、豆皮、菠萝皮和mosambi皮)生产的酶。这些农工业的浪费产品非常丰富的碳和可以使用的微生物他们的成长和发展。不同位置的秸秆收集销毁在加济阿巴德和Hapur地区北方邦,印度。所有的基板,批处理执行的实验给他们接种疫苗曲霉属真菌nidulans和酶的测定是利用DNSA方法完成的。

进一步说,在这项研究中,我们试图优化条件,这样我们可以得到最大的酶的活性。为此我们使用设计专家:一种统计工具使用响应面方法(RSM)得到优化条件的各种批量实验,所做的为微生物的生长提供了不同的条件。

材料和方法

剂制备

微生物源文化IMSEC文化所提供的银行。这种文化是生长在土豆葡萄糖肉汤,定期间隔两周后恢复。

一旦菌株接种在审查中包含PDA(马铃薯葡萄糖琼脂)媒体板块,文化板块覆盖保鲜膜,孵化BOD (Bio-Oxygen需求)28°C的孵化器。YEPD肉汤准备利用酵母、蛋白胨、葡萄糖和蒸馏水。这个汤是孵化30°C为4天增长和保存在一个冰箱文化的维护。曲霉属真菌nidulans是接种500μl汤5天在30°C 5天观察增长。

农业的筛选和选择浪费酶的生产,各种农工业的浪费产品使用和筛选的能力产生木聚糖酶。磨后,基质与微生物热压处理过的,然后播种。72小时的潜伏期后,真菌的生长最佳,然后提取酶和酶进行测定。使用的各种固体基质,观察到微生物的增长是最大的豌豆皮使用时,因此选择豌豆皮生产木聚糖酶的进一步研究工作和所有的分析本文仅对豌豆皮。木聚糖酶测定是根据执行协议使用DNSA试剂。一个酶活力单位是指酶导致的数量减少0.01%的木聚糖溶液的颜色强度50 1 c 1分钟每毫升。

优化工艺参数

各种工艺参数的优化进行了基于微生物的生长和特定的参数是如何影响酶的活性。不同以往的研究都是对酶的产量估计增长酶最佳的温度大约30°C到35°C,实验设置记住最佳温度范围。因为水分的存在为真菌的生长提供了一个更好的环境,这是最重要的参数优化。来满足营养需求的微生物在成长阶段补充碳和氮源。

通过响应面分析法优化方法

响应面方法即RSM是经验统计和数学技术的集合模型建筑。通过精心设计的实验,目的是优化反应由几个独立的输入变量的影响。这里的变量采取温度,水分,碳源和氮源。在一系列的测试中,称为运行时,在输入变量的变化来确定输出响应的变化的原因。这是通过使用设计工具使用RSM专家。这个工具集提供的实验运行通过使用不同的输入变量进一步用于间歇过程生产酶最佳。

结果和讨论

在目前的研究工作,这是观察到不同的固体农工业的底物可以用于生产木聚糖酶和产品形成直接相关的真菌的生长。进一步的基础上初步筛查,豌豆皮木聚糖酶的生产潜力最大的固体底物,酶生产工艺进行优化。也观察到初始含水率扮演了一个重要的角色在微生物的生长和随后在酶的生产。为真菌的生长温度是另一个关键参数。实验结果表明,微生物的生长是最大30°C。实验结果表明,额外的碳和氮提高的增长来源答:nidulans并导致增强酶的生产。发现在使用葡萄糖作为补充碳源和0.1 M尿素作为额外的氮源酶生产优化。

个人实验初步结果后,所有的四个因素的影响,我们使用设计专家工具的影响因素对微生物的生长。八个不同的试验中执行批处理提供的运行显示RSM工具设计专家和进一步的酶活性被指出。不同的物理和化学的影响参数对酶的生产。实验结果的各种物理和化学参数如下所述:

水分含量

优化的含水率,三个烧瓶与固体基质包括所需的水分含量和其他补充营养是孵化30°C 72小时。粗酶提取和酶活性。结果表明,当使用含水率100% w / v酶产量最大。进一步,这是也观察到当含水率增加,降低固体基质的孔隙度,防止丝状真菌的生长。然而,含水率的降低,即80%似乎不可用所需的水分含量的丝状真菌的生长导致酶活性的降低。类似的研究是由Ajay Pal和他的同事们(15),通过使用变量的豆饼含水率作为固体基质微生物的最优增长观察含水率为70%。水分含量的结果表明,含水率是一个关键因素,影响微生物的生长(图1)。所需的变量含水率不同的固体基质由于变量属性的固体基质即孔隙度、颗粒大小、表面积等。

温度

优化温度的增长微生物固体基质,实验重复了100%的水分,烧瓶在三个不同的孵化温度即25°C, C 35°和30°C。接种后的烧瓶a nidulans最大酶活性观察30°C当豌豆皮作为固体基质。Sanghi和他的同事们(8)进行类似研究中温度对木聚糖酶产量的影响优化使用麦麸作为固体基质(图2)。

碳源

木聚糖酶的研究表明,补充碳源促进微生物的生长在使用时所需的浓度。优化的额外的碳含量的作用,最初四碳源如木糖、葡萄糖、麦芽糖、果糖以及使用原始农工业的浪费。实验设置在四个不同的烧瓶中基质提供这些额外的碳源。这个实验的结果表明,使用葡萄糖1.5% w / v 5毫升、微生物的生长是最佳(图3)。

氮源

的优化提供额外的氮源底物以支持微生物的生长,四个不同的烧瓶与不同氮源及其不同浓度孵化30°C。类似的研究优化的额外的氮源是由杨(16]。在我们的研究中,我们观察到0.1 M尿素是最适合微生物的生长和酶活性最大值0.1 M尿素(图4)。

的结果优化工艺参数使用设计专家

在研究各种参数的影响,有必要研究一个变量的存在如何影响另一个变量的参数一起使用时媒体的增长。设计专家工具的统计方法是知道一个变量对其他变量的影响。使用响应面实验设计方法被用来估计系数数学模型,预测反应和检查模型的适用性。

四个独立变量,研究了在不同的水平和他们的最小和最大值上市。运行命令不同组合的温度、湿度,氮源和碳源列。类似的结果也得到了刘和他的同事们(17],Plackett-Burman设计响应面方法被证明是更好的为酶的生产优化。Coman和Bahrim18)还提到统计的重要性在“one-variable-at-a-time”传统的方法优化设计。统计方法在传统方法的相关性也提到在文献报道[19,20.]。意义的统计设计生产的酶也同意Kammoun的结果(21]。分析使用统计工具的八个不同的实验设置根据提供的运行使用RSM设计专家,这些实验设置和每一批的酶进行测定。下表显示了运行和化验的结果(表1)。

表1:运行的实验设计专家。

不同的图块得到展示的依赖变量对其他变量的依赖性酶活性对水分和温度,湿度和额外的碳源,额外的氮源和温度对酶活性,额外的碳源和温度对酶活性(图5- - - - - -8)。

结论

目前的研究工作是为了使用农工业的浪费工业生产的重要酶木聚糖酶。的实验使用真菌酶的生产曲霉属真菌nidulans进行了利用各种农工业的吗浪费产品作为唯一碳源。观察到,选择的来源,豌豆皮被发现最合适,产生最大的酶活性。更多不同的条件如温度在30°C,湿度100%,补充碳源为葡萄糖和补充氮源为0.1 M尿素,通过执行批实验在不同的条件进行了优化。每个参数的影响在其他研究用RSM统计方法。

引用

1. 李年代,杨,杨年代,等。技术勘探酶:应用程序、营销和工程。生物科技第一版Struct》j . 2012; 2 (3)。
2. 昌德尔AK, Rudravaram R,饶LV, et al。工业酶bioindustrial部门发展:一个印度的视角。生物科技商业》。2007;13 (4):283 - 91。
3. Busse-Wicher M,李,对峙RL,等。进化裸子植物和被子植物的木聚糖替换模式:对木聚糖与纤维素的交互。植物2016:539杂志。
4. P�资源文件格式J, Munoz-Dorado J, de la茜草属TD,等。纤维素的微生物降解和生物治疗,半纤维素和木质素:概述。乐动体育在线国际Microbiol。2002; 5 (2): 53 - 63。
5. 柯林斯Hoyoux,布莱斯V, T, et al .极端的催化剂从低温环境。J Biosci Bioeng。2004; 98 (5): 317 - 30。
6. Polizeli ML, Rizzatti AC,蒙蒂R,等。从真菌木聚糖酶:属性和工业应用。生物科技:Microbiol》。2005; 67 (5): 577 - 91。
7. Rizzatti AC, Freitas FZ、名导MC et al .木聚糖酶的监管曲霉属真菌phoenicis:生理和分子生物学方法。生物科技的尘埃Microbiol》。2008; 35 (4): 237 - 44。
8. Sanghi,加戈N, Sharma J, et al。木聚糖酶生产的优化使用廉价agro-residues alkalophilic在固态发酵枯草芽孢杆菌灰。世界生物科技J Microbiol》。2008; 24 (5): 633 - 40。
9. Zanoelo FF,医学博士Polizeli Terenzi高频,et al。从嗜热真菌葡糖苷酶的活动Scytalidium thermophilum由葡萄糖和木糖刺激。《列托人。2004;240 (2):137 - 43。
10. Buchert J, Tenkanen M, Kantelinen,等。应用木聚糖酶在纸浆和造纸工业。Biores抛光工艺。1994;(1):65 - 72。
11. 柯克O, Borchert电视,Fuglsang CC。工业酶的应用程序。当前生物技术的意见。2002;13 (4):345 - 51。
12. 柯克O, Borchert电视,Fuglsang CC。工业酶的应用程序。生物科技当今》。2002;13 (4):345 - 51。
13. 屁股,女士Tahir-Nadeem M, Ahmad Z, et al .烘焙行业的木聚糖酶及其应用。生物科技食品工艺》。2008;46 (1)。
14. 柯林斯T, Gerday C,樵夫g .木聚糖酶,木聚糖酶的家庭和extremophilic木聚糖酶。《启2005;29 (1):3-23。
15. 朋友,Khanum f .生产和木聚糖酶的提取优化黑曲霉通过solid-state-fermentation DFR-5。Biores抛光工艺。2010;101 (19):7563 - 69。
16. 江Z,李X,杨年代,et al。改善breadmaking hyperthermophilic小麦面粉质量的木聚糖酶BThermotoga maritima。食物Res Int。2005; 38 (1): 37-43。
17. Ko CH,林ZP,你J, et al。木聚糖酶的生产Paenibacillus campinasensisBL11及其预处理的硬木牛皮纸浆漂白。Int Biodeterior降解。2010;64 (1):13 - 19。
18. Coman G, G Bahrim优化的木聚糖酶的生产链霉菌属sp。p12 - 137使用响应面方法和中心合成设计。年报Microbiol。2011; 61 (4): 773 - 79。
19. 刘崔李Y, F, Z,等。提高木聚糖酶的生产青霉菌oxalicumZH-30使用响应面方法。劳动部微生物工艺。2007;(5):1381 - 88。
20. 辛格RP Pareek N, Ghosh年代,et al .增强甲壳素脱乙酰酶的生产青霉菌oxalicumSAE M-51通过响应面优化发酵条件。生物技术。2014;4 (1):33-39。
21. 辛格R, Kapoor V, Kumar诉农工业的废物的利用率同时生产淀粉酶和木聚糖酶的嗜热放线菌。43布拉兹J Microbiol。2012; (4): 1545 - 52。