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糖化酶发酵工艺优化及糖化酶原液在酒精发酵中的应用

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摘要

第一章 绪论

1.1 糖化酶

1.1.1 产糖化酶微生物分布

1.1.2 糖化酶的分子结构及组成多样性

1.1.3 糖化酶催化域的结构及催化机制

1.1.4 糖化酶的特性

1.1.5 糖化酶的生产工艺

1.1.6 糖化酶活力提高的研究

1.2 糖化酶在燃料乙醇中的应用

1.2.1 糖化酶在燃料乙醇生产中的研究现状

1.2.2 糖化酶在酒精生产中重要意义

1.3 本课题研究的内容和意义

第二章 新型高效糖化酶的生产工艺

2.1 引言

2.2 无菌空气处理系统

2.3 糖化酶菌种的保藏

2.3.1、低温定期移植保藏法

2.3.2 液体石蜡保藏法

2.3.3、液氮超低温保藏法

2.4 发酵培养工艺

2.4.1 菌种的扩大培养

2.4.2 pH值

2.4.3 泡沫对发酵的影响和控制

2.4.4 溶解氧控制

2.5 液体糖化酶的提取工艺

2.5.1 板框过滤

2.5.2 超滤工序

2.6 污水处理工艺流程图

2.7 本章小结

第三章 新型高效糖化酶发酵工艺的优化

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 实验仪器

3.2.2 菌株与培养基

2.2.3 豆粕的消化工艺

2.2.4 玉米淀粉的液化工艺

3.3 实验方法

3.3.1 影响产酶主要因素的筛选

3.3.2 糖化酶活力测定方法

3.4 结果与分析

3.4.1 培养基优化结果及分析

3.4.2 正交试验结果及分析

3.4.3 培养条件优化结果及分析

3.4.4 发酵结果对比

3.5 结论

第四章 新型高效糖化酶原液性质及其原液用于酒精发酵的研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 菌种与酶

4.2.2 试剂

4.3 试验方法

4.3.1 实验室酒精发酵实验方法

4.3.2 分析测定方法

4.3.3 糖化酶原液性质的研究

4.3.4 糖化酶原液在酒精发酵中的应用

4.4 结果与讨论

4.4.1 糖化酶原液性质

4.4.2 糖化酶原液酒精发酵

4.4.3 酶原液对酵母生长的影响结果

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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摘要

糖化酶作为我国酶制剂中的支柱产品,已成为酶制剂产品中产量最大的品种,出口亦达到较大的数量,但是当前的问题是产品售价已降至接近制造成本,企业获利甚微。因此,优化发酵工艺,缩短发酵生产周期,降低生产成本及糖化酶的使用成本,对糖化酶的工业生产具有十分重要的意义。
  本文以南阳天利酶制剂提供的糖化酶菌种(黑曲霉基因工程菌),采用单因素实验和正交分析的方法,对影响黑曲霉产糖化酶的因素进行了深入的研究。构建了全合成培养基,考察了不同氮源、碳源、玉米浆对新型高效糖化酶产量的影响,并对发酵培养基配方及工艺进行优化,将优化结果放大到5m3发酵罐进行生产试验,与原始条件进行对比,进一步优化糖化酶的生产工艺,降低糖化酶的生产成本。对获得的新型糖化酶原液酶学性质进行了研究,把酶制剂原液直接应用在燃料乙醇发酵生产中,降低糖化酶的使用成本,并与外购两个不同厂家成品糖化酶进行了酒精发酵对比研究。实验结果如下:
  (1)通过单因素及正交试验研究了新型糖化酶菌株发酵工艺条件:
  最优摇瓶培养基组成为玉米淀粉12%,消化豆粕3%,玉米浆1%;最佳发酵条件为培养温度34□,接种量5%,初始pH4.7,发酵周期为144小时;在最优工艺条件下,发酵水平达17543U/mL,较优化前酶活14325U/mL提高了22.46%。5m3发酵罐优化前的发酵活力为35875 U/mL,周期90小时,优化后活力39377 U/mL,周期为75小时,活力提高了9.76%,发酵周期缩短了16.7%。
  (2)新型高效糖化酶原液应用于酒精发酵研究:
  糖化酶原液最适糖化pH4.6,最适糖化温度65□。K+、Mg2+和Ca2+对糖化酶原液具有激活促进作用;Ag+、Fe2+和Cu+对糖化酶具有不同程度的抑制作用;Zn2+、Ba+以及EDTA对糖化酶原液的活力基本没有影响。使用糖化酶原液,每年生产90万吨燃料乙醇可以节省641万元,使用新型高效糖化酶原液出酒率比同单位成品糖化酶高出0.45%,并能节约酒精生产20%无机盐的用量,具有可观的经济价值,而且能使糖化酶生产与酒精生产相结合,使糖化酶生产全程无环境污染。

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