脂肪酶产生菌种的筛选鉴定及产酶条件优化

第35卷第9期

太阳能学报

V01.35.No.9

2014年9月

ACTAENERGIAESOLARISSINICA

Sep.,2014

文章编号:0254.0096(2014)09.1708.07

脂肪酶产生菌种的筛选鉴定及产酶条件优化

苗长林1,罗

文1,吕鹏梅1,李惠文1,杨玲梅1,袁振宏1,蒋剑春2

(1.中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室,广州510640;

2.中国林业科学研究院林产化学工业研究所,南京210042)

摘要:从富油土壤中分离筛选到一株脂肪酶产生菌M-4,通过对M.4进行形态和rDNAITS序列鉴定,确定其属于酵母菌Sporidiobolus

salmonicolor

strain。通过正交试验设计对该菌株进行产酶条件探索,得出其摇瓶培养最适产酶

条件为:种子培养时间为90h,最佳发酵培养基碳源为葡萄糖2%+橄榄油3%,氮源为5%酵母膏,初始pH值为7.0,发酵温度为30℃,在此条件下的产酶可达12.2

U/mL。

关键词:脂肪酶;筛选;鉴定;培养条件;正交试验中图分类号:Q93—331

文献标识码:A

脂肪酶产生菌的筛选及应用,国内外已有大量相关

研究,舒正玉等n叫从CNKI、NCBI、ACS、Blaekwell、

脂肪酶(Lipase)又名三酰甘油酯水解酶,能在

Elsevier、Kluwer、SpringerLink、WileyInterScience等

油水界面催化三酰甘油酯水解,在有机相中催化酯

文献数据库,共检索出87篇脂肪酶催化生产生物化及转酯等反应。脂肪酶广泛存在于动物组织和

柴油工艺的研究文献,比较分析发现,Candida微生物中,工业上主要采用微生物发酵制备和提取antarctica脂肪酶B、Rhizopusoryzae脂肪酶、

脂肪酶…,并将其应用于食品加工、油脂水解、皮革Pseudomonascepacia脂肪酶、Mucormiehei脂肪酶和

绢纺原料脱脂、医药、化妆品、洗涤剂、生物柴油等

Thermomyces

lanuginosus脂肪酶等在生物柴油生产

领域㈨。

中具有广泛应用,其脂肪酶活性在100U/mL以

生物柴油是由动、植物油脂与甲醇(或乙醇)经上n“川。但这些具有高催化活性的脂肪酶大多被国酯化或酯交换反应而得到的长链脂肪酸甲(乙)酯,

外如丹麦诺维信公司、美国杰能科国际、日本天野

是一种可替代普通柴油的清洁燃料b'“。它基本不酶制品株式会社、美国Sigma公司、德国Merck公司

含硫和芳烃,可被生物降解,无毒、对环境无害,作等所垄断,且价格昂贵[1…。而国内目前有文献报道

为可再生清洁能源13益受到广泛关注。目前,生产

仅有北京化工大学n5|、清华大学n引等利用自制的脂生物柴油的主要生产方法包括酶促合成法、固体酸

肪酶催化生产生物柴油,市场上尚无专门用于生物

碱法、离子液体法、离子交换树脂法和超临界甲醇柴油生产的国产脂肪酶商品,国内需要的脂肪酶仍法等b“3。其中酶促合成法合成生物柴油具有条件依赖进口n“。因此,寻找适于工业化生产的高产菌温和、醇用量小,无污染物排放等优点,成为生物柴

株,开发出满足我国生物柴油生产用脂肪酶,对解

油研究工作者关注的焦点。但由于生物柴油生产决制约我国酶法生产生物柴油产业发展具有重要中所需脂肪酶价格昂贵,且低碳醇对酶有毒性,致

意义。

使酶失活严重等原因而使其工业化应用受到较大

本研究从富含油脂的土壤中筛选得到4株产影响。

脂肪酶菌种,其中活性较高的菌株M一4经分类鉴定因此,筛选活性高、稳定性好的脂肪酶产生菌,成发现其为Sporidiobolus

salmonicolor

strain。以菜籽

为促进酶法生产生物柴油产业发展的研究热点阳1。

油为原料进行初步研究,发现其能催化生产生物柴

收稿日期:2012.07.03

基金项目:“十二五”农村领域国家科技计划课题(2011BAD22805)

通信作者:吕鹏梅(1973一),女,博士、研究员、博士生导师,主要从事生物质能方面的研究。lvpm@ms.giec.ac.cn

万方数据

9期苗长林等:脂肪酶产生菌种的筛选鉴定及产酶条件优化

油。在本研究中同时对该菌的产酶条件进行优化,发现其脂肪酶活性较高、培养成本低。该研究为进一步菌种遗传改良及酶法制备生物柴油奠定基础。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1实验材料

土样:采自屠宰场含油脂较丰富的土壤,共15份。

1.1.2试剂

罗丹明B,天津大茂精细化学品公司,分析纯。

橄榄油,上海润捷化学试剂有限公司,化学纯。菜籽油,金龙鱼食用油。聚乙烯醇,天津大茂化学试剂有限公司。其余试剂均为分析纯。

1.1.3仪器

摇床、培养箱、精密水浴锅等均由上海智诚实验设备公司生产。

1.1.4培养基

固体培养基:NaNO,2.0

g/L、K:HPO。1.0g/L、

MgSO。・7H:O0.5g/L、FeSO。・7HzO0.01g/L、葡萄糖

30

g/L、蛋白胨20g/L、琼脂20g/L,自然pH值。种子培养基:在固体培养基中不加琼脂。发酵液培养基:葡萄糖20g/L、橄榄油30

g/L、

K2HP041g/L、NaCl0.5g/L、MgS04・7H200.5g/L、FeSO。・7H:O0.5

g,L,自然pH值。

1.2实验方法1.2.1菌种筛选

初筛:采用稀释平板分离法进行初筛。取l

土样装于有玻璃珠的49mL无菌水三角瓶中,以

160

r/min的转速振摇30min,用滤纸过滤到无菌空

三角瓶中,制得悬液。然后依次梯度稀释至10~,在无菌条件下,取0.5mL稀释液涂布于固体培养基平板上,倒置于29℃培养箱中培养48

h。

在固体培养基中加入0.03g/mL的橄榄油,灭菌后冷却至50℃,加人0.01g/L灭菌的罗丹明B指示剂溶液,制成平板。用牙签将平板培养长出的单菌落分别转移至平板上,于29℃条件下培养72

h,

依据产生变色圈的先后和变色圈直径与菌落直径比值的大小分离筛选出脂肪酶活性高且产酶周期短的菌株,将这些单菌落接种于斜面培养基中培

养,用于复筛。

复筛:挑取斜面孢子接种到种子培养基中,于

万方数据

29℃、160

r/min摇床培养48h,再将种子液按2%接

种量接种到发酵培养基中(250mL三角瓶中发酵液装液量为50mL),经29℃、160r/min培养72h,离

心,测上清液的酶活,根据酶活大小确定出发高产

菌株。

1.2.2脂肪酶活力测定

采用橄榄油乳化法测定。在试管中加入5mL

橄榄油乳化液和4

mL

pH值7.5磷酸缓冲液,于

40℃恒温水浴振荡器中预热5min,然后加人1

mL

脂肪酶液,并立即计时,保温反应10min后立即加入15

mL

95%乙醇终止反应,以10g,L酚酞为指示

剂,用经标定的0.05mol/L

NaOH溶液滴定水解产

生的游离脂肪酸,滴定至微红为终点。记录消耗的NaOH体积。同时做空白实验,对照样品的乙醇应在酶液之前加入,即在预热后先加人95%乙醇终止剂再加入脂肪酶液,其他操作同测试液。在测定条

件下,每分钟催化脂肪水解产生1I山mol脂肪酸的脂肪酶量定义为1个脂肪酶酶活单位(u)。酶活计算

公式为:

式中,卜滴定样液所消耗NaOH溶液体积,mL;

酶活力(U/mLl=∥一v0)×M×n/t

r反应时间,min;凡——酶液体积,mL;胁一滴

¨一滴定空白样所消耗NaOH溶液体积,mL;

定用NaOH溶液浓度,mmol/L。1.2.3菌株的鉴定

1.2.3.1

菌落形态特征鉴定

将菌株分别接种于液体和固体平板PDA培养

基上,29℃连续培养。观察液体状况;固体培养基上长出的菌落色泽、质地、形态;取少量菌体细胞在

显微镜下观察测量孢子的颜色形状、大小和无性繁殖方式等。

1.2.3.2菌株的分子生物学鉴定

采用DNA提取试剂盒(英骏生物技术有限公

司)提取DNA,以提取的菌株DNA为模板,ITSl、ITS4为引物,PCR扩增rDNAITS序列,PCR扩增体系:PCRPremix

25汕,ITSForwardprimer(20pmoU汕)

0.5斗L,ITSReverseprimer(20

pmol/斗L)0.5斗L,模

板DNA1tLL,dH2023

ILL。PCR条件:94℃2

min,

(94℃30s,55oC30S,72oC1min)×30个循环,

72℃延长5min。PCR产物直接测序(引物合成与

序列测定均由英骏生物技术有限公司完成)。将序列与NCBI数据库中已有序列进行相似性比较分

1710

太阳能学报35卷

析。选取与供试菌株相似度高的序列,利用软件

ClustalXl.83、MEGA3.1建立系统进化树n8I。

1.2.4产酶条件优化1.2.4.1碳源

以蔗糖、葡萄糖、淀粉、橄榄油等单一或复合成分为碳源,碳源质量分数为5%,取种子液1mL分别接种于装有上述碳源的培养基中,培养基装量为

10mL/50

mL摇瓶,29℃,160r/min培养90h,离心,

取上清,测酶活。1.2.4.2氮源

以蛋白胨、牛肉膏、豆饼粉等为氮源,氮源质量分数为4%,取种子液1mL分别接种于装有上述氮源的培养基中,培养基装量为10

mL/50

mL摇瓶,

29℃,160

r/min培养90h,离心,取上清,测酶活。

1.2.4.3初始pH值

以4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0为初始pH值,

取种子液1mL分别接种于上述培养基中,培养基装量为10

mL/50

mL摇瓶,29

oC,160

r/min培养

90

h,离心,取上清,测酶活。

1.2.4.4最佳培养温度

以27、29、30、32、34、37和40℃为初始培养温

度,取种子液1mL分别接种于上述培养基中,培养基装量为10

mL/50

mL摇瓶,29℃,160r/min培养

90

h,离心,取上清,测酶活。

2结果与讨论

2.1脂肪酶产生茵的筛选

2.1.1

菌种筛选

通过筛选,共得到21株菌株,从中挑选透明圈

直径与菌落直径比值大的4个菌落,分别对其进行

振荡培养72h,测定酶活,进行复筛,结果见表l。从表1中选出酶活最高的菌株M一4作为出发菌株,

经实验发现该菌可催化菜籽油合成生物柴油,故选

M.4为实验用菌,对该菌株进行鉴定和产酶条件优化研究。

表1罗丹明B平板筛选结果

Table1

ResultsofRhodamineBplate

screen

method

序号

酶活/u・mL_I

序号

酶活/U・mL。

M.13.25M.3

5.35M.2

2.55

M4

6.90

2.1.2生长曲线的绘制

将M一4菌活化培养24h,挑取两环,接种于发

万方数据

酵液中,于29℃、160r/min摇床培养,定时取样测定其生物量(0D。)。

由图1可见,M一4菌的生长可分为4个阶段:0~

42h为生长延迟期;42。96h为对数生长期;96。120

h为生长稳定期;130.200h为生长衰亡期。本

研究选择90h左右的M一4培养液作为种子培养时间,因为在对数生长后期,细胞平衡生长,菌体内各种成分均匀整个群体的生理特性较一致,细胞中的

成分平衡发展和生长速率恒定,较适宜作为代谢、生理等研究的材料¨…。

蜊米登

时间/h

图1

M-4菌株生长曲线

Fig.1

Thegrowth

curves

ofM_4strain

2.2菌种的鉴定2.2.1形态特征

M一4在PDA液体培养基29℃静置培养72

后,培养液呈现红色,液面上形成一层醭膜。在平板培养基上29qC培养72h,菌落呈灰白色,表面光滑,呈小米粒状菌落,7d后菌落颜色呈淡棕色,15

后菌落长满平板,菌落呈淡红色。显微镜下观察菌株形态,孢子呈圆形、卵圆形或长圆形,直径为4~

Ixm,可见芽生孢子,为多边芽殖,有掷孢子,无子

囊及子囊孢子产生。由以上特征,据《酵母菌分类学》(Yeasts:characteristics

and

identification))∞],初

步鉴定为酵母属(Sporobolomyces)。

2.2.2遗传学特征

将PCR产物经琼脂糖凝胶电泳,结果显示,M.4菌株可扩增出一条600bp的特异条带(图2)。

由M.4菌株的ITS基因序列与Genbank中相似性

较高序列的系统发育树(图3),可知M.4与模式菌

株Sporidiobolus

salmonicolor

strain

CBS2634、Sporidiobolus

salmonicolorstrain

NIOCC

Y4、

SporidiobolussalmonicolorstrainATCCMYA一4550的

亲缘关系最近,因此将M.4菌株初步鉴定为

Sporidiobolussalmonicolorstrain

9期

苗长林等:脂肪酶产生菌种的筛选鉴定及产酶条件优化

17ll

2.3产酶条件优化结果2.3.1碳源种类对产酶的影响

分别选用葡萄糖、蔗糖、淀粉、橄榄油作为单一或复合碳源进行产酶实验,碳源质量分数为5%,测

定酶液活力,结果见表2。

表2碳源对产酶的影响

Table2

M:1)1.2,0001)、,、:1:I”:I{产物:

Effectsofcarbon

sourceson

lipaseproduction

+:正对照;一:负对照

图2

Fig.2

M一4菌株浓度3%琼脂糖凝胶电泳

酶活,U・mL-1

7.8

The3%agarosegelelectrophoresisofM-4strain

图3

Fig.3

M.4系统进化树

ThephylogenetictreeofM-4

由表2可见,复合碳源较单一碳源产酶效果好,且葡萄糖2%+橄榄油3%作为碳源更有利于产酶。

2.3.2氮源种类对产酶的影响

见图4。由图4可见初始pH值为7.O时酶活最高。

以葡萄糖2%+橄榄油3%为碳源,在培养基中分别加人酵母膏4%、蛋白胨4%、豆饼粉4%、

@H。):SO。4%作为氮源进行产酶实验,结果见表3。由表3可见在原培养基中加入酵母膏4%作为氮源有利于产酶。

表3氮源对产酶的影响

Table

Effectsofnitrogen

sourceson

45678910

lipaseproduction

pH位

图4初始pH值对产酶的影响

Fig.4

EffectofimtiMpHofmedia

on

lipaseproduction

2.3.3

初始pH值对产酶的影响

2.3.4培养温度对产酶的影响

以葡萄糖2%+橄榄油3%为碳源,酵母膏4%为氮源,发酵温度29℃及不同初始pH值的培养条件下进行产酶实验,并测定发酵液中脂肪酶的活力,结果

以葡萄糖2%+橄榄油3%为碳源,4%酵母膏为氮源,初始pH值为7.o时,不同培养温度的培养条

件下进行产酶实验,并测定发酵液中脂肪酶的活

万方数据

太阳能学报35卷

力,结果见图5。由图5可见培养温度为30℃时酶活最高。■

温度/of

图5温度对产酶的影响

Fig.5

Effectsofculturetemperature

on

lipaseproduction

2.3.5正交实验设计

依据单因素实验结果,设计正交试验,选取了

温度、氮源、碳源、初始pH4个因子,每个因子均取

3个水平。各因素水平的具体条件见表4,选用正

交表L9(34)进行试验(见表4、表5)。

表4因素水平

Table4

Factorsandlevels

表5

L'(34)培养基正交实验

Table5

Orthogonaldesignforculturemedium

根据表3中极差尺值的大小可知,因子的显著万方数据

性顺序为:温度>pH值>氮源>碳源,根据均差k值大小可知,各因子的最优组合为A282C3D2,即碳源质量浓度为5%,氮源浓度为5%,pH值为7.0,温度

为30℃。菌株在此最优发酵条件下发酵测得最高的脂肪酶酶活为12.2

U/mL。

结论

以屠宰场含油脂较丰富的土样为原材料,通过

筛选得到1株产脂肪酶活力较强的菌株M.4,经鉴

定为Sporidiobolus

salmonicolor

strain。其最佳产酶

条件为:碳源质量浓度为5%,氮源为5%,初始pH值为7.0,温度为30℃,此条件下脂肪酶酶活为

12.2

U/mL。该酶能催化菜籽油合成生物柴油,培养

条件简单,具有很好的工业应用前景,但相对其他工业用的产脂肪酶菌株,该菌株的产酶量相对较

低,还有待通过相关的诱变手段、基因重组等操作进一步提高产酶量。

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1714

太阳能学报

35卷

SCREENING,IDENTIFICATIONOFTHELIPASE—PRODUCINGSTRAINSAND

OPTIMIZATIoNoFTHELIPASEPRODUCTION

MiaoChanglinl,LuoWenl,LvPengmeil,LiHuiwenl,YangLingmeil,

Yuan

(I.KeyLaboratoryofRenewable

Energy

Zhenhon91,JiangJianchun2

ofEnergy

Conversion,CAS,Guangzhou510640,China;

andGasHydrate,GuangzhouInstitute

2.InstituteofChemicalIndustryofForestProducts,CAF,Nanjing210042,China)

Abstract:TheM.4strain

was

achievedbyscreeningfromthesoil

near

GuangzhouInstituteofEnergyConversion

on

(GIEC).This

strainWasidentifiedasSporidiobolussalmonwoforstrainbased

were

its

morphologyandrDNAITS

sequence

analysis.Theoptimallipase—producingconditionsofM一4conditions

are

investigatedthroughorthogonaltest.Thelipaseproducing

source

optimizedas:carbon

source

isslucose2%+oliveoil3%;nitrogen

isyeastextract5%;thepH

valueis7.O:thetimeofenzymeproducingis90h;optimalfermentationtemperatureis30oC.Atthiscondition,thelipaseproductivity

can

reach12.2U/mL.

test

Keywords:lipase;screening;identification;conditionofculture;orthogonal

万方数据

第35卷第9期

太阳能学报

V01.35.No.9

2014年9月

ACTAENERGIAESOLARISSINICA

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苗长林1,罗

文1,吕鹏梅1,李惠文1,杨玲梅1,袁振宏1,蒋剑春2

(1.中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室,广州510640;

2.中国林业科学研究院林产化学工业研究所,南京210042)

摘要:从富油土壤中分离筛选到一株脂肪酶产生菌M-4,通过对M.4进行形态和rDNAITS序列鉴定,确定其属于酵母菌Sporidiobolus

salmonicolor

strain。通过正交试验设计对该菌株进行产酶条件探索,得出其摇瓶培养最适产酶

条件为:种子培养时间为90h,最佳发酵培养基碳源为葡萄糖2%+橄榄油3%,氮源为5%酵母膏,初始pH值为7.0,发酵温度为30℃,在此条件下的产酶可达12.2

U/mL。

关键词:脂肪酶;筛选;鉴定;培养条件;正交试验中图分类号:Q93—331

文献标识码:A

脂肪酶产生菌的筛选及应用,国内外已有大量相关

研究,舒正玉等n叫从CNKI、NCBI、ACS、Blaekwell、

脂肪酶(Lipase)又名三酰甘油酯水解酶,能在

Elsevier、Kluwer、SpringerLink、WileyInterScience等

油水界面催化三酰甘油酯水解,在有机相中催化酯

文献数据库,共检索出87篇脂肪酶催化生产生物化及转酯等反应。脂肪酶广泛存在于动物组织和

柴油工艺的研究文献,比较分析发现,Candida微生物中,工业上主要采用微生物发酵制备和提取antarctica脂肪酶B、Rhizopusoryzae脂肪酶、

脂肪酶…,并将其应用于食品加工、油脂水解、皮革Pseudomonascepacia脂肪酶、Mucormiehei脂肪酶和

绢纺原料脱脂、医药、化妆品、洗涤剂、生物柴油等

Thermomyces

lanuginosus脂肪酶等在生物柴油生产

领域㈨。

中具有广泛应用,其脂肪酶活性在100U/mL以

生物柴油是由动、植物油脂与甲醇(或乙醇)经上n“川。但这些具有高催化活性的脂肪酶大多被国酯化或酯交换反应而得到的长链脂肪酸甲(乙)酯,

外如丹麦诺维信公司、美国杰能科国际、日本天野

是一种可替代普通柴油的清洁燃料b'“。它基本不酶制品株式会社、美国Sigma公司、德国Merck公司

含硫和芳烃,可被生物降解,无毒、对环境无害,作等所垄断,且价格昂贵[1…。而国内目前有文献报道

为可再生清洁能源13益受到广泛关注。目前,生产

仅有北京化工大学n5|、清华大学n引等利用自制的脂生物柴油的主要生产方法包括酶促合成法、固体酸

肪酶催化生产生物柴油,市场上尚无专门用于生物

碱法、离子液体法、离子交换树脂法和超临界甲醇柴油生产的国产脂肪酶商品,国内需要的脂肪酶仍法等b“3。其中酶促合成法合成生物柴油具有条件依赖进口n“。因此,寻找适于工业化生产的高产菌温和、醇用量小,无污染物排放等优点,成为生物柴

株,开发出满足我国生物柴油生产用脂肪酶,对解

油研究工作者关注的焦点。但由于生物柴油生产决制约我国酶法生产生物柴油产业发展具有重要中所需脂肪酶价格昂贵,且低碳醇对酶有毒性,致

意义。

使酶失活严重等原因而使其工业化应用受到较大

本研究从富含油脂的土壤中筛选得到4株产影响。

脂肪酶菌种,其中活性较高的菌株M一4经分类鉴定因此,筛选活性高、稳定性好的脂肪酶产生菌,成发现其为Sporidiobolus

salmonicolor

strain。以菜籽

为促进酶法生产生物柴油产业发展的研究热点阳1。

油为原料进行初步研究,发现其能催化生产生物柴

收稿日期:2012.07.03

基金项目:“十二五”农村领域国家科技计划课题(2011BAD22805)

通信作者:吕鹏梅(1973一),女,博士、研究员、博士生导师,主要从事生物质能方面的研究。lvpm@ms.giec.ac.cn

万方数据

9期苗长林等:脂肪酶产生菌种的筛选鉴定及产酶条件优化

油。在本研究中同时对该菌的产酶条件进行优化,发现其脂肪酶活性较高、培养成本低。该研究为进一步菌种遗传改良及酶法制备生物柴油奠定基础。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1实验材料

土样:采自屠宰场含油脂较丰富的土壤,共15份。

1.1.2试剂

罗丹明B,天津大茂精细化学品公司,分析纯。

橄榄油,上海润捷化学试剂有限公司,化学纯。菜籽油,金龙鱼食用油。聚乙烯醇,天津大茂化学试剂有限公司。其余试剂均为分析纯。

1.1.3仪器

摇床、培养箱、精密水浴锅等均由上海智诚实验设备公司生产。

1.1.4培养基

固体培养基:NaNO,2.0

g/L、K:HPO。1.0g/L、

MgSO。・7H:O0.5g/L、FeSO。・7HzO0.01g/L、葡萄糖

30

g/L、蛋白胨20g/L、琼脂20g/L,自然pH值。种子培养基:在固体培养基中不加琼脂。发酵液培养基:葡萄糖20g/L、橄榄油30

g/L、

K2HP041g/L、NaCl0.5g/L、MgS04・7H200.5g/L、FeSO。・7H:O0.5

g,L,自然pH值。

1.2实验方法1.2.1菌种筛选

初筛:采用稀释平板分离法进行初筛。取l

土样装于有玻璃珠的49mL无菌水三角瓶中,以

160

r/min的转速振摇30min,用滤纸过滤到无菌空

三角瓶中,制得悬液。然后依次梯度稀释至10~,在无菌条件下,取0.5mL稀释液涂布于固体培养基平板上,倒置于29℃培养箱中培养48

h。

在固体培养基中加入0.03g/mL的橄榄油,灭菌后冷却至50℃,加人0.01g/L灭菌的罗丹明B指示剂溶液,制成平板。用牙签将平板培养长出的单菌落分别转移至平板上,于29℃条件下培养72

h,

依据产生变色圈的先后和变色圈直径与菌落直径比值的大小分离筛选出脂肪酶活性高且产酶周期短的菌株,将这些单菌落接种于斜面培养基中培

养,用于复筛。

复筛:挑取斜面孢子接种到种子培养基中,于

万方数据

29℃、160

r/min摇床培养48h,再将种子液按2%接

种量接种到发酵培养基中(250mL三角瓶中发酵液装液量为50mL),经29℃、160r/min培养72h,离

心,测上清液的酶活,根据酶活大小确定出发高产

菌株。

1.2.2脂肪酶活力测定

采用橄榄油乳化法测定。在试管中加入5mL

橄榄油乳化液和4

mL

pH值7.5磷酸缓冲液,于

40℃恒温水浴振荡器中预热5min,然后加人1

mL

脂肪酶液,并立即计时,保温反应10min后立即加入15

mL

95%乙醇终止反应,以10g,L酚酞为指示

剂,用经标定的0.05mol/L

NaOH溶液滴定水解产

生的游离脂肪酸,滴定至微红为终点。记录消耗的NaOH体积。同时做空白实验,对照样品的乙醇应在酶液之前加入,即在预热后先加人95%乙醇终止剂再加入脂肪酶液,其他操作同测试液。在测定条

件下,每分钟催化脂肪水解产生1I山mol脂肪酸的脂肪酶量定义为1个脂肪酶酶活单位(u)。酶活计算

公式为:

式中,卜滴定样液所消耗NaOH溶液体积,mL;

酶活力(U/mLl=∥一v0)×M×n/t

r反应时间,min;凡——酶液体积,mL;胁一滴

¨一滴定空白样所消耗NaOH溶液体积,mL;

定用NaOH溶液浓度,mmol/L。1.2.3菌株的鉴定

1.2.3.1

菌落形态特征鉴定

将菌株分别接种于液体和固体平板PDA培养

基上,29℃连续培养。观察液体状况;固体培养基上长出的菌落色泽、质地、形态;取少量菌体细胞在

显微镜下观察测量孢子的颜色形状、大小和无性繁殖方式等。

1.2.3.2菌株的分子生物学鉴定

采用DNA提取试剂盒(英骏生物技术有限公

司)提取DNA,以提取的菌株DNA为模板,ITSl、ITS4为引物,PCR扩增rDNAITS序列,PCR扩增体系:PCRPremix

25汕,ITSForwardprimer(20pmoU汕)

0.5斗L,ITSReverseprimer(20

pmol/斗L)0.5斗L,模

板DNA1tLL,dH2023

ILL。PCR条件:94℃2

min,

(94℃30s,55oC30S,72oC1min)×30个循环,

72℃延长5min。PCR产物直接测序(引物合成与

序列测定均由英骏生物技术有限公司完成)。将序列与NCBI数据库中已有序列进行相似性比较分

1710

太阳能学报35卷

析。选取与供试菌株相似度高的序列,利用软件

ClustalXl.83、MEGA3.1建立系统进化树n8I。

1.2.4产酶条件优化1.2.4.1碳源

以蔗糖、葡萄糖、淀粉、橄榄油等单一或复合成分为碳源,碳源质量分数为5%,取种子液1mL分别接种于装有上述碳源的培养基中,培养基装量为

10mL/50

mL摇瓶,29℃,160r/min培养90h,离心,

取上清,测酶活。1.2.4.2氮源

以蛋白胨、牛肉膏、豆饼粉等为氮源,氮源质量分数为4%,取种子液1mL分别接种于装有上述氮源的培养基中,培养基装量为10

mL/50

mL摇瓶,

29℃,160

r/min培养90h,离心,取上清,测酶活。

1.2.4.3初始pH值

以4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0为初始pH值,

取种子液1mL分别接种于上述培养基中,培养基装量为10

mL/50

mL摇瓶,29

oC,160

r/min培养

90

h,离心,取上清,测酶活。

1.2.4.4最佳培养温度

以27、29、30、32、34、37和40℃为初始培养温

度,取种子液1mL分别接种于上述培养基中,培养基装量为10

mL/50

mL摇瓶,29℃,160r/min培养

90

h,离心,取上清,测酶活。

2结果与讨论

2.1脂肪酶产生茵的筛选

2.1.1

菌种筛选

通过筛选,共得到21株菌株,从中挑选透明圈

直径与菌落直径比值大的4个菌落,分别对其进行

振荡培养72h,测定酶活,进行复筛,结果见表l。从表1中选出酶活最高的菌株M一4作为出发菌株,

经实验发现该菌可催化菜籽油合成生物柴油,故选

M.4为实验用菌,对该菌株进行鉴定和产酶条件优化研究。

表1罗丹明B平板筛选结果

Table1

ResultsofRhodamineBplate

screen

method

序号

酶活/u・mL_I

序号

酶活/U・mL。

M.13.25M.3

5.35M.2

2.55

M4

6.90

2.1.2生长曲线的绘制

将M一4菌活化培养24h,挑取两环,接种于发

万方数据

酵液中,于29℃、160r/min摇床培养,定时取样测定其生物量(0D。)。

由图1可见,M一4菌的生长可分为4个阶段:0~

42h为生长延迟期;42。96h为对数生长期;96。120

h为生长稳定期;130.200h为生长衰亡期。本

研究选择90h左右的M一4培养液作为种子培养时间,因为在对数生长后期,细胞平衡生长,菌体内各种成分均匀整个群体的生理特性较一致,细胞中的

成分平衡发展和生长速率恒定,较适宜作为代谢、生理等研究的材料¨…。

蜊米登

时间/h

图1

M-4菌株生长曲线

Fig.1

Thegrowth

curves

ofM_4strain

2.2菌种的鉴定2.2.1形态特征

M一4在PDA液体培养基29℃静置培养72

后,培养液呈现红色,液面上形成一层醭膜。在平板培养基上29qC培养72h,菌落呈灰白色,表面光滑,呈小米粒状菌落,7d后菌落颜色呈淡棕色,15

后菌落长满平板,菌落呈淡红色。显微镜下观察菌株形态,孢子呈圆形、卵圆形或长圆形,直径为4~

Ixm,可见芽生孢子,为多边芽殖,有掷孢子,无子

囊及子囊孢子产生。由以上特征,据《酵母菌分类学》(Yeasts:characteristics

and

identification))∞],初

步鉴定为酵母属(Sporobolomyces)。

2.2.2遗传学特征

将PCR产物经琼脂糖凝胶电泳,结果显示,M.4菌株可扩增出一条600bp的特异条带(图2)。

由M.4菌株的ITS基因序列与Genbank中相似性

较高序列的系统发育树(图3),可知M.4与模式菌

株Sporidiobolus

salmonicolor

strain

CBS2634、Sporidiobolus

salmonicolorstrain

NIOCC

Y4、

SporidiobolussalmonicolorstrainATCCMYA一4550的

亲缘关系最近,因此将M.4菌株初步鉴定为

Sporidiobolussalmonicolorstrain

9期

苗长林等:脂肪酶产生菌种的筛选鉴定及产酶条件优化

17ll

2.3产酶条件优化结果2.3.1碳源种类对产酶的影响

分别选用葡萄糖、蔗糖、淀粉、橄榄油作为单一或复合碳源进行产酶实验,碳源质量分数为5%,测

定酶液活力,结果见表2。

表2碳源对产酶的影响

Table2

M:1)1.2,0001)、,、:1:I”:I{产物:

Effectsofcarbon

sourceson

lipaseproduction

+:正对照;一:负对照

图2

Fig.2

M一4菌株浓度3%琼脂糖凝胶电泳

酶活,U・mL-1

7.8

The3%agarosegelelectrophoresisofM-4strain

图3

Fig.3

M.4系统进化树

ThephylogenetictreeofM-4

由表2可见,复合碳源较单一碳源产酶效果好,且葡萄糖2%+橄榄油3%作为碳源更有利于产酶。

2.3.2氮源种类对产酶的影响

见图4。由图4可见初始pH值为7.O时酶活最高。

以葡萄糖2%+橄榄油3%为碳源,在培养基中分别加人酵母膏4%、蛋白胨4%、豆饼粉4%、

@H。):SO。4%作为氮源进行产酶实验,结果见表3。由表3可见在原培养基中加入酵母膏4%作为氮源有利于产酶。

表3氮源对产酶的影响

Table

Effectsofnitrogen

sourceson

45678910

lipaseproduction

pH位

图4初始pH值对产酶的影响

Fig.4

EffectofimtiMpHofmedia

on

lipaseproduction

2.3.3

初始pH值对产酶的影响

2.3.4培养温度对产酶的影响

以葡萄糖2%+橄榄油3%为碳源,酵母膏4%为氮源,发酵温度29℃及不同初始pH值的培养条件下进行产酶实验,并测定发酵液中脂肪酶的活力,结果

以葡萄糖2%+橄榄油3%为碳源,4%酵母膏为氮源,初始pH值为7.o时,不同培养温度的培养条

件下进行产酶实验,并测定发酵液中脂肪酶的活

万方数据

太阳能学报35卷

力,结果见图5。由图5可见培养温度为30℃时酶活最高。■

温度/of

图5温度对产酶的影响

Fig.5

Effectsofculturetemperature

on

lipaseproduction

2.3.5正交实验设计

依据单因素实验结果,设计正交试验,选取了

温度、氮源、碳源、初始pH4个因子,每个因子均取

3个水平。各因素水平的具体条件见表4,选用正

交表L9(34)进行试验(见表4、表5)。

表4因素水平

Table4

Factorsandlevels

表5

L'(34)培养基正交实验

Table5

Orthogonaldesignforculturemedium

根据表3中极差尺值的大小可知,因子的显著万方数据

性顺序为:温度>pH值>氮源>碳源,根据均差k值大小可知,各因子的最优组合为A282C3D2,即碳源质量浓度为5%,氮源浓度为5%,pH值为7.0,温度

为30℃。菌株在此最优发酵条件下发酵测得最高的脂肪酶酶活为12.2

U/mL。

结论

以屠宰场含油脂较丰富的土样为原材料,通过

筛选得到1株产脂肪酶活力较强的菌株M.4,经鉴

定为Sporidiobolus

salmonicolor

strain。其最佳产酶

条件为:碳源质量浓度为5%,氮源为5%,初始pH值为7.0,温度为30℃,此条件下脂肪酶酶活为

12.2

U/mL。该酶能催化菜籽油合成生物柴油,培养

条件简单,具有很好的工业应用前景,但相对其他工业用的产脂肪酶菌株,该菌株的产酶量相对较

低,还有待通过相关的诱变手段、基因重组等操作进一步提高产酶量。

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1714

太阳能学报

35卷

SCREENING,IDENTIFICATIONOFTHELIPASE—PRODUCINGSTRAINSAND

OPTIMIZATIoNoFTHELIPASEPRODUCTION

MiaoChanglinl,LuoWenl,LvPengmeil,LiHuiwenl,YangLingmeil,

Yuan

(I.KeyLaboratoryofRenewable

Energy

Zhenhon91,JiangJianchun2

ofEnergy

Conversion,CAS,Guangzhou510640,China;

andGasHydrate,GuangzhouInstitute

2.InstituteofChemicalIndustryofForestProducts,CAF,Nanjing210042,China)

Abstract:TheM.4strain

was

achievedbyscreeningfromthesoil

near

GuangzhouInstituteofEnergyConversion

on

(GIEC).This

strainWasidentifiedasSporidiobolussalmonwoforstrainbased

were

its

morphologyandrDNAITS

sequence

analysis.Theoptimallipase—producingconditionsofM一4conditions

are

investigatedthroughorthogonaltest.Thelipaseproducing

source

optimizedas:carbon

source

isslucose2%+oliveoil3%;nitrogen

isyeastextract5%;thepH

valueis7.O:thetimeofenzymeproducingis90h;optimalfermentationtemperatureis30oC.Atthiscondition,thelipaseproductivity

can

reach12.2U/mL.

test

Keywords:lipase;screening;identification;conditionofculture;orthogonal

万方数据


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