廢羽毛生物水解技術(shù)的研究.pdf

1、角蛋白作為一種硬性蛋白，具有不溶于水和抗分解的性質(zhì)，一般條件下不溶解，且不能被一般的蛋白酶水解，因此這給角蛋白的處理提出了難題。我國(guó)的角蛋白資源極其豐富，它們大部分沒(méi)有被充分利用，有的甚至造成環(huán)境污染。而近年來(lái)畜牧業(yè)及氨基酸工業(yè)的大力發(fā)展使得蛋白資源極其緊缺，因此，當(dāng)前應(yīng)大力研究最有效的處理方法使廢棄的羽毛角蛋白直接轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)或復(fù)合氨基酸，使之能直接得到應(yīng)用或作為進(jìn)一步提純氨基酸的廉價(jià)易得的原料，從而變廢為寶，即保護(hù)環(huán)境又資源利用，這

2、將具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。 本課題針對(duì)羽毛角蛋白廢棄物的資源化利用，進(jìn)行了如下的研究： 1、化學(xué)法水解羽毛角蛋白的研究通過(guò)對(duì)水解介質(zhì)濃度、固液比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，確定了化學(xué)法(酸解和堿解)水解羽毛角蛋白的最佳工藝條件并進(jìn)行了最佳水解條件下的動(dòng)力學(xué)分析。比較分析酸解和堿解羽毛提取復(fù)合氨基酸的效果可知，硫酸水解羽毛角蛋白的能力明顯優(yōu)于氫氧化鈉，氨基酸轉(zhuǎn)化率高出10﹪左右。這可能是由于氫氧

3、化鈉水解液采用活性炭脫色，活性炭在脫色過(guò)程中對(duì)產(chǎn)物具有一定的吸附作用，從而降低了氨基酸含量。該法存在著高能耗、高物耗的問(wèn)題，且水解過(guò)程中揮發(fā)的氣體易腐蝕設(shè)備污染環(huán)境，水解液的脫色也會(huì)使復(fù)合氨基酸得率降低。 2、角蛋白降解菌的分離選育及鑒定以某長(zhǎng)期堆積腐爛羽毛的土壤為分離源，分離得到六株能高效降解羽毛角蛋白的細(xì)菌(分別為L(zhǎng)1、L2、L3、L4、L5、L6)。通過(guò)對(duì)這些菌株降解羽毛能力的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證明其中菌株L1降解羽毛能力最為突

4、出。該菌株經(jīng)形態(tài)觀察和16SrRNA測(cè)序初步鑒定為黃單胞菌，與嗜麥芽窄食單胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)相似性達(dá)98﹪，命名為黃單胞菌DHHJ(Stenotrophomonas maltophilia DHHJ)。迄今為止，國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)黃單胞菌降解羽毛角蛋白的相關(guān)報(bào)道。該菌株接種于含滅菌處理過(guò)的完整羽毛的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中，發(fā)酵1天后即可見(jiàn)羽毛有明顯脫落，發(fā)酵5天后羽毛己完全脫落，羽梗也有一定程度的降解。經(jīng)6天發(fā)

5、酵后降解率可達(dá)86.6﹪，發(fā)酵液蛋白質(zhì)含量最大也可達(dá)23.88mg/mL。這表明菌株L1具有較強(qiáng)降解羽毛角蛋白的能力。 3、菌株DHHJ發(fā)酵條件的研究經(jīng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)后得到黃單胞菌DIIHJ的最佳發(fā)酵培養(yǎng)基(g/100mL)為：葡萄糖1g、羽毛粉2.5 g、干酪素0.2g、KCl0．0373g、NaCl0．0294g、吐溫800.4g、磷酸氫二鈉：磷酸二氫鉀=O.4：0.03、pH7.5。最適發(fā)酵條件為：裝液量25mL/250mL、溫度40℃

6、、發(fā)酵時(shí)間48h。該條件下黃單胞菌DHHJ的產(chǎn)酶能力及降解羽毛能力顯著高于未優(yōu)化發(fā)酵條件。其中，粗酶液酶活力提高約5.3倍之多，最大值達(dá)49.3U/mL，蛋白質(zhì)含量34.31mg/mL，提高約3.4倍左右。這表明該菌株具有潛在的實(shí)際開(kāi)發(fā)價(jià)值。 采用L<,16>(4<'5>)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)黃單胞菌DHHJ與蛋白酶配伍降解羽毛進(jìn)行了初步研究，結(jié)果表明其初步最佳方案為：菌株DHHJ在最佳發(fā)酵條件下降解羽毛角蛋白48h后，再加入100 m