基本信息
- 项目名称：
- 曲霉DDH-7的分离、筛选、鉴定及其淀粉酶酶学特性的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 该作品针对生产上以木薯淀粉生产燃料酒精时所用的淀粉酶特别是糖化酶的最适作用温度是60℃、在酵母菌的发酵温度30℃下酶活低的问题，以获得酸性中低温淀粉酶。从自然界中分离、筛选得到一株真菌，发现该菌至少产生一种在pH4.0下最适作用温度为50℃。且其在30℃时酶活力为67%的酸性中低温糖化酶，并将该菌初步鉴定为曲霉属的一个种。该菌产酶符合木薯淀粉原料同步糖化发酵生产燃料酒精的要求，有望用于工业生产。值得进一步分离纯化该酶、克隆其编码基因等，既具有科学意义，又具有潜在的应用价值。
- 详细介绍：
- 面对能源问题越来越严重的现状，燃料酒精作为一种新型实用性能源，越来越受到人们的关注。燃料乙醇具有减少CO 、碳氢化合物的排放，改善空气质量，减少温室气体：促进农业生产，增加农民收入，增加就业等优点。木薯生长适应性强，耐旱、耐贫瘠。且不与粮食争地。木薯的块根约含30%的淀粉，被誉为“淀粉之王”，是很有前途的酒精生产原料。 “同步糖化发酵”是原料液化之后立即降温至酵母发酵产酒精用的温度30℃，同时添加中低温糖化酶和生产酒精用酵母菌，使淀粉糖化和酵母发酵产酒精同时进行。目前缺乏可以在酵母发酵产酒精所需的酸性低温条件下高效发挥作用的糖化酶。传统 “两步法”工艺中使用的黑曲霉糖化酶的最适作用温度是60℃，在酵母发酵温度30℃时只能发挥出60℃下三分之一左右的活力，尽管也能用于淀粉同步糖化发酵工艺生产酒精，但效率低下，造成生产成本偏高。所以急需寻找能在酸性低温条件下高效发挥作用的糖化酶。 本工作从采自河北承德、山东威海及广西南宁的61个样品中分离得到一株产酸性中低温淀粉酶酶活力较高的丝状真菌DDH-7，通过形态学观察和RNA转录间隔区序列分析初步鉴定为曲霉属的一个种Aspergillus sp.。Aspergillus sp.DDH-7可产多种淀粉酶，其中一种淀粉酶的最适作用pH值为5.0，最适作用温度为60℃；另一种糖化酶在pH4.0下最适作用温度为50℃。且其在30℃时酶活力达到67%。产生的酶的特性基本满足木薯淀粉原料同步糖化发酵工艺生产燃料乙醇的要求，具有潜在的应用价值。故对该菌株进行了菌种鉴定和酶学特性的研究。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 获得适用于以木薯淀粉原料生产燃料酒精同步糖化发酵用的酸性中低温淀粉酶。广泛采集环境样品，分离出中低温淀粉酶产生菌，从中筛选出最有应用潜力的菌株，对菌株进行形态观察及菌种鉴定，并对其产酶进行酶学性质的初步研究。
科学性、先进性及独特之处
- 1.分离、筛选得到一株产酸性中低温淀粉酶的真菌;并通过形态观察及分子分类将该菌株鉴定为曲霉属的一个种。 2.对该菌株产生的酸性中低温淀粉酶进行了酶学特性的初步研究，经实验证实所产一种淀粉酶最适作用pH值为5.0，最适作用温度为60℃，另一种糖化酶在pH4.0下其最适作用温度为50℃，在30℃时仍有67%的活力，明显高于工业用糖化酶。未见同类报道，值得深入研究。
应用价值和现实意义
- 本作品分离筛选得到一株产酸性中低温淀粉酶的微生物，具有应用于以木薯为原料同步糖化生产燃料酒精的潜在价值。
学术论文摘要
- 摘 要：随着能源问题越来越严重，燃料乙醇作为一种可再生能源越来越受到人们的重视。结合中国人多地少的现状，我国国务院文件中明确规定中国发展燃料乙醇要使用非粮原料。木薯生长适应性强，耐旱、耐贫瘠。且不与粮食争地。木薯的块根含约30%的淀粉，被誉为“淀粉之王”，是很好的燃料乙醇生产原料。 本工作从采自河北承德、山东威海及广西南宁的61个样品中分离得到一株产中低温糖化酶活力较高的丝状真菌DDH-7，通过形态学观察和rRNA基因转录间隔区序列分析将其鉴定为曲霉属的一个种Aspergillus sp.。Aspergillus sp. DDH-7可产生多种淀粉酶，其中一种淀粉酶的最适作用pH值为5.0，最适作用温度为60℃，另一种糖化酶在pH4.0下最适作用温度为50℃,且其在30℃下的酶活力为其最适作用温度下的67%,说明该糖化酶的特性基本满足木薯淀粉同步糖化发酵生产燃料乙醇的要求，具有潜在的应用价值。 关键词：曲霉,淀粉酶,木薯淀粉，同步糖化发酵，燃料乙醇
获奖情况
- 作品参加“首届全国大学生创新论坛”获得专家评委的好评
鉴定结果
- 尚待进一步鉴定
参考文献
- 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. 诸葛斌,诸葛健.生淀粉糖化酶高产菌的选育[J].微生物学通报,2001, 28(6): 60-64.
同类课题研究水平概述
- 淀粉酶是能催化淀粉水解成葡萄糖、麦芽糖及其他麦芽低聚糖的一类酶的总称。其中工业上常用的四种酶α- 淀粉酶、β- 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶。葡萄糖淀粉酶( Glucoamylase EC3. 2. 1. 3) 又称γ- 淀粉酶，简称糖化酶(缩写GA 或G)，从淀粉的非还原性末端依次水解α- 1 ,4 糖苷键，切下一个个葡萄糖单元，形成β- D - 葡萄糖。当遇到分支点时，它也可以水解α- 1 ,6 糖苷键，α- 1 ,3糖苷键，由此将支链淀粉全部水解成葡萄糖。因此被广泛地应用于酒精、白酒、抗生素、氨基酸、有机酸、甘油、淀粉糖等工业中，所以糖化酶引起了很多研究者的关注。 一、糖化酶多型性的研究 Boel等建立了黑曲霉基因组文库并克隆得到黑曲霉糖化酶基因，经过研究得知黑曲霉糖化酶基因含有5个内含子，并推测它们的剪辑分属于两种不同的机制。同年，Boel等经过提取黑曲霉总mRNA体外反转录得到两种不同的糖化酶，经过比较它们的氨基酸序列，得知糖化酶GⅠ和GⅡ来自同一个糖化酶基因，而且这个基因在黑曲霉基因组里只有一个拷贝，通过mRNA的剪辑得到两种不同的成熟糖化酶GⅠ和GⅡ。 Semimaru等对曲霉Aspergillus awamori var. kawachi的糖化酶催化功能域和生淀粉结合功能域之间的连接区域进行了一系列的突变，通过对重组酶特性的研究，提出连接区域对生淀粉糖化酶的形成、分泌和正常的生淀粉催化功能都具有重要意义。 二、糖化酶的基因以及蛋白质的研究 Boel 等首先从黑曲霉的染色体文库中分离出糖化酶的基因，它含有五个内含子,而泡盛曲霉中含有四个内含子。两种微生物都分泌糖化酶GAⅠ、GAⅡ,两种酶都由单一基因编码，有相类似的氨基末端氨基酸序列,在一级结构和C - 端序列长度上稍有不同。 Chen等将来自Aspergillus awamori 的糖化酶编码基因从N端起到Asn-171, Asn-182 和 Asn-395三个残基位点的缺失，并且研究了三种重组酶蛋白的酶学特性，发现在热稳定性、最适温度、最适pH值和酸碱耐受性方面都发生了变化。 Bhatti 等用苯胺化学修饰Fusarium solani糖化酶，化学修饰之后的糖化酶在热力学和动力学上都有所改变。
