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ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.9No.4
Jul.2011
doi:10.3969/j.issn.1672-3678.2011.04.002
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CulturemediumoptimizationforproducingcelulasebyTrichodermareesei
ZUCaixia,LIZhimin,YEQin
(StateKeyLaboratoryofBioreactorEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)
Abstract:Theinfluenceofcarbonandnitrogensourcesoncelulaseproductionwasinvestigated.Single
factormethodandresponsesurfacemethodologywereusedtooptimizethemediumforcelulaseproduc
tionbyTrichodermareesei.Firstly,itshowedthatsoybeanpowder,corncobandcornsteepliquorhad
positiveefectsoncelulaseproductioninonefactoratatime.Then,theoptimalconcentrationsofsoy
beanpowder(3221g/L),corncob(4229g/L)andcornsteepliquor(445g/L)weredetermined
bycentralcompostiondesignandresponsesurfaceanalysis.Undertheseoptimizationsconditions,the
celulaseproductionreached(1065±050)U/mLontheflaskcultivationfor7d.
Keywords:celulase;Trichodermareesei;responsesurfacemethodology
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Fig.3 Efectsofcornsteepliquorcontenton
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6 1 -1 1 290
7 -1 1 1 444
8 1 1 1 654
9 -1682 0 0 512
10 1682 0 0 555
11 0 -1682 0 345
12 0 1682 0 539
13 0 0 -1682 723
14 0 0 1682 572
15 0 0 0 1003
16 0 0 0 993
17 0 0 0 1097
18 0 0 0 1026
19 0 0 0 977
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X3 -05132 01498 -3427 0006
X21 -17429 01458 -11954 0
X22 -20672 01458 -14178 0
X23 -13383 01458 -9179 0
X1X2 09405 01957 4806 0001
X1X3 -06867 01957 -3509 0006
X2X3 03052 01957 1559 0115
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Fig.6 ResponsesurfaceofX1,X3andFPAwhenX2=1
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7 X1=1,X2、X3%FPAcWXY
Fig.7 ResponsesurfaceofX2,X3andFPAwhenX1=1
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。
M¬6q
:
[1]
TU
,
u°2
,
xVV
.
?@AB6*³I¹
[J].
mí±¯
,
2008(12):1517.
[2] RyuD,MandelsM.Celulases:biosynthesisandapplications
[J].EnzymMicrobialTech,1980(2):91102.
[3] FangXu,YanoS,InoueH,etal.Lactoseenhancescelulasepro
ductionbythefilamentousfungusAcremoniumcelulolyticus[J].J
BiosciBioeng,2008,106(2):115120.
[4] JuhszT,SzengyelZ,RéczeyK,etal.Characterizationofcelula
sesandhemicelulasesproducedbyTrichodermareeseionvarious
carbonsources[J].ProcessBiochem,2005,40:35193525.
[5] ZhouJ,WangYH,ChuJ,etal.Identificationandpurificationof
themaincomponentsofcelulasesfromamutantstrainofTri
chodermavirideT10014[J].BioresourTechnol,2008,99(15):
68266833.
[6] OgelZB,YarangumeliK,DundarH,etal.Submergedcultivation
ofSchtalidiumthermophilumoncomplexlignocelulosicbiomass
forendoglucanaseproduction[J].Enzym MicrobialTechnol,
2001,28:689695.
[7] AlamMZ,MuyibiSA,WahidR,etal.Statisticaloptimizationof
processconditionsforcelulaseproductionbyliquidstatebiocon
versionofdomesticwastewatersludge[J].BioresourTechnol,
2008,99:47094716.
[8] WenZ,LiaoW,ChenS,etal.ProductionofcelulasebyTrichoderma
reeseifromdairymanure[J].BioresourTechnol,2005,96:491499.
[9] LeeYJ,KimBK,LeeBH,etal.Purificationandcharacteriza
tionofcelulaseproducedbyBacilusamyoliquefaciensDL3utili
zingricehul[J].BioresourTechnol,2008,99:378386.
[10] SunWC,ChengCH,LeeWC,etal.Proteinexpressionandenzy
maticactivityofcelulasesproducedbyTrichodermareeseiRutC30
onricestraw[J].ProcessBiochem,2008,43:10831087.
[11] XiaLM,ShenXL.HighyieldcelulaseproductionbyTrichoder
mareeseiZU02oncorncobresidue[J].BioresourTechnol,
2004,91:259262.
[12]
Ê
,
WW
,
uX
.
Y·=>3?@AB129:6¾¿
[J].
ØÙ^À`
,2008(3):128130.
[13] GhoseTK.Measurementofceluloseactivity[J].PureAppl
Chem,1987,59:257268.
[14]
Z
.Minitab
³çm1Òµyz·©
[J].
ÿ[·¾¿
,2007,7(3):231234.
[15]
]¶
,
^
.RPHPLC
²¼½¾âm6
B
_@RA
[J].
.·RS^Ä
,2008,25(5):7375.
[16] SchafnerDW,ToledoRT.Celulaseproductionincontinuous
culturebyTrichodermareeseionxylosebasedmedia[J].Biotech
nolBioeng,1992,39:865869.
[17]
`ab
,
x^
.
㬿e°>A12R36})
[J].
mí
ÿ^À
,2006,37(8):528530.
[18]
O
,
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,
cd
.
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,2003,37(5):623627.
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