纤维素是在世界上应用最为广泛的可再生的生物资源。自然界中的废弃物中纤维素和半纤维素占一半以上。纤维素主要来源于植物的光合作用,因此它成本低,容易获得。纤维素不溶于水,其分子量较大(5~40万道尔顿)其基本结构单位为葡萄糖,这些葡萄糖分子以β-1, 4糖苷键连接而成。如果把纤维素的利用在缓解世界粮食危机及固体废弃物再利用中具有巨大价值[8]。纤维素酶是可将纤维素分解生成葡萄糖的一类酶的总称,是具有协同作用的一种多组分酶系[9]。纤维素酶的主要用途是把纤维素类酶解成葡萄糖,后者可用于生产燃料酒精及各种化学品、食品的原料[10]。在这项研究中,预处理的秸杆(其中大部分木质素和半纤维素的去除,以便它可以与纯酶或微生物产生的纤维素酶充分接触并被水解)被作为发酵柠檬酸的原料,经酶解后其有效成分葡萄糖得以释放,因此其水解产物可以用于Y. lipolytica发酵生产柠檬酸。里氏木霉(Trichoderma reesei)由于具有较高纤维素酶产量,现已被广泛用于纤维素酶的生产[8~10]。因此,在该实验中,我们利用T. reesei产生的高活性的纤维素酶将预处理稻草水解,并将该水解液用于柠檬酸的发酵生产。研究发现中,从渤海的海洋鱼类的肠道分离出的Y. lipolytica SWJ-1b的柠檬酸发酵产量远远高于其他Y. lipolytica酵母菌[2],因此该菌株被选作本实验柠檬酸的发酵菌株。
2 材料和方法
2.1 材料
2.1.1 菌株
T. reesei被用于纤维素酶的生产,T. reesei的孢子保存在20%(v/v)甘油溶液中,并置于-80 ℃冰箱保存。
Y. lipolytica SWJ-1b被用作发酵柠檬酸的菌株,保存在YPD琼脂斜面(10.0 g/l酵母粉,20.0 g/l蛋白胨,20.0 g/l葡萄糖和20.0 g/l琼脂),于4 ℃保存,并进行每月两次的传代培养。
2.1.2 培养基
玉米浆培养基:5.0 g/l玉米浆。
纤维素酶生产培养基:玉米浆1.6 g/l,CoCl2·6H2O 0.2 g/l,(NH4)2SO4 1.4 g/l,KH2PO4 2.0 g/l,MgSO4 0.3 g/l,预处理秸杆40.0 g/l,尿素 0.3 g/l。
YPD琼脂斜面培养基:10.0 g/l酵母粉,20.0 g/l蛋白胨,20.0 g/l葡萄糖和20.0g/l琼脂。
液体YPD培养基:10.0 g/l 酵母粉,20.0 g/l蛋白胨和20.0 g/l葡萄糖。
柠檬酸发酵培养基:0.25 g/l (NH4)2SO4,1.7 g/l KH2PO4,12.0 g/l Na2HPO4,1.25 g/l MgSO4·7H2O,0.25 g/l 酵母粉,0.006 g/l 维生素B1,pH为6.0。碳源为40.0 g/l预处理稻草水解产物或葡萄糖。