细菌碱性果胶酶的酶学特性及其应用研究

碱性果胶酶是最适作用pH值在碱性范围的果胶酶,由于其在碱性环境下活性较高的特点,在纺织和造纸等领域有良好的应用前景。从分子特性和催化特征等方面综述了源自野生菌和重组菌的细菌碱性果胶酶的酶学特性,并介绍了碱性果胶酶在棉织物精练、生物制浆和诱导植物抗病等领域的最新应用。     

碱性果胶酶的生物制造及其在纺织工业清洁生产中的应用研究进展

以下综述了碱性果胶酶的生物制造及其在纺织工业清洁生产中的应用研究进展。微生物发酵法是目前生产碱性果胶酶的主要方式,枯草芽孢杆菌是碱性果胶酶工业发酵生产中效果较好的野生菌株。影响发酵法生产碱性果胶酶的主要因素有:底物浓度及其流加方式、细胞浓度、搅拌转速、通气速率、pH、温度等。构建基因工程菌为碱性果胶酶的发酵生产开辟了一条有效途径,其中重组毕赤酵母的产酶水平最高,在10吨发酵罐上酶活达1305U/mL。碱性果胶酶可用于棉织物前处理的精练工艺,与传统高温碱煮相比,具有保护纤维、提高精练效率、降低能耗和污染的优势。通过分子定向进化技术对碱性果胶酶进行分子改造,使其催化特性更加适合于纺织精练工艺,进而实现纺织工业的清洁生产是未来的研究重点和热点。     

纺织精练中碱性果胶酶稳定性的改进研究

从碱性果胶酶在纺织清洁生产中的应用条件出发,在60℃和pH 9.1左右,系统研究了不同稳定剂对提高碱性果胶酶的稳定性的影响。由此,得到了对酶稳定性作用较突出的添加剂以及复合稳定剂,较佳配方为乙酸钠6%(m/v)、MgCl2.2H2O 2%(m/v)。结果表明,添加稳定剂后的碱性果胶酶在棉织物精练中的应用特性得到了提高,达到了棉织物精练的需要。     

地衣芽孢杆菌碱性果胶酶基因PelA的克隆与原核表达

通过PCR扩增的方法,从本实验室筛选保存的Bacillus licheniformis DG-3 菌株中扩增出碱性果胶酶的结构基因pelA , 序列分析表明,所获PelA 基因与已报道的B.licheniformis 14A菌株的pelA基因的同源性为100%. 将pelA 基因在大肠杆菌中表达,发酵液菌体的碱性果胶酶酶活为12U/mL. 4～8 mmol/L的Ca2 对碱性果胶酶具有显著的激活作用.     

细菌果胶酶的研究进展

近些年来,国内外对细菌果胶酶的研究取得了很大的进展,产果胶酶的新细菌菌种不断地被发现,细菌果胶酶新的应用领域不断地被拓宽。细菌所产的果胶酶多为碱性,具有较好的热稳定性和较宽的酸碱作用范围,被广泛应用于麻类的生物脱胶、茶与咖啡发酵、造纸和果胶废水处理等领域中。细菌果胶酶工业生产具有投资少、成本低、无环境污染等优点。简要概述产生果胶酶的细菌种类、细菌果胶酶的分类、已克隆的酶基因以及应用等内容。     

耐热碱性果胶酶产生菌的筛选及鉴定

本文以果胶为唯一碳源,在55℃下,从土壤中筛选出耐热碱性果胶酶产生菌20 株.进一步建立了果胶酶活性的定量测定方法:还原糖测定法和紫外测定法.经酶活力测定发现,4 株菌有较强碱性果胶酶活性,酶活力分别为3493、2983、2572、2561U/mL.4 株菌均为革兰阳性菌.对自行筛选的碱性果胶酶产生菌进行鉴定,其中活性最高的菌株M29 的16S rDNA 的序列分析表明与菌株Bacillus halodurans 的同源性高达99%,通过生理生化试验以及16S rDNA 的序列分析,鉴定碱性果胶酶产生菌为Bacillus halodurans M29.     

果胶酶亲和吸附剂的制备及其性能比较

以甜菜渣、果胶、海藻酸钠为原料 ,与表氯醇在碱性条件下交联 ,制备了果胶酶亲和吸附剂并应用这几种亲和吸附剂对草酸青霉果胶酶和黑曲霉果胶酶进行亲和层析实验。结果表明 :用小于 60目的甜菜渣粉末和海藻酸钠制备的果胶酶亲和吸附剂 (分别简写为SBP吸附剂和SA吸附剂 )具有较好的纯化果胶酶性能 ,其中SBP吸附剂性能稳定 ,而SA吸附剂膨胀系数较大 ,在流动相改变时引起流速不稳。     

碱性果胶酶高产菌株的构建和高密度发酵

碱性果胶酶可用于苎麻脱胶和棉织物前处理的精练工艺,与传统的高温碱煮相比,具有保护纤维、降低能耗和化学污染的优势,因此获得高表达的碱性果胶酶基因工程菌,低成本生产碱性果胶酶对于纺织工业节能减排具有重要的意义。前期研究工作已经将来源于枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 168的碱性果胶酶基因pel经过密码子优化后在毕赤酵母Pichia pastoris GS115中成功表达。本研究为了提高其表达量,首先利用启动子和信号肽都优化的载体pHBM905BDM进行表达,摇瓶酶活从68 U/mL增加到100 U/mL,qPCR检测转录水平提高了27%。再利用果胶底物平板筛选水解圈大的转化子进行摇瓶发酵获得菌株GS115-pHBM905BDM-pels4,摇瓶酶活为536 U/mL。随后构建重组质粒pPIC9K-pels,电转化菌株GS115-pHBM905BDM-pels4,利用抗生素G418平板进行筛选,在含4 mg/mL的G418抗性平板上得到菌株GS115-pHBM905BDM-pPIC9K-pels1,摇瓶酶活为770 U/mL,qPCR测定含7个拷贝目的基因。最后将该菌株在5 L的发酵罐中进行高密度发酵,果胶酶酶活提高至2 271 U/mL。该碱性果胶酶酶活已达到目前酵母表达的最高水平,说明其具有很好的应用于纺织工业的潜力。     

解淀粉芽孢杆菌内源启动子的筛选及表达碱性果胶酶的应用研究

【目的】通过检测目的基因的转录水平和表达强度,筛选来源于解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)的内源启动子,确定适合碱性果胶酶基因表达的强启动子,并进一步对选用的强启动子进行分析。【方法】通过生物信息学手段对启动子片段进行预测与筛选,采用相对荧光强度、酶活力等表征手段进行分析,同时采用实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction, RT-qPCR)技术检测不同启动子的转录水平。【结果】启动子PrapA、PmetE-1、Phin-1表达碱性果胶酶的活力分别是P43启动子的9.8倍、4.8倍、3.0倍,筛选出的这3个强启动子为其他异源基因在解淀粉芽孢杆菌中的表达奠定了基础。【结论】通过生物信息学手段预测及筛选启动子,筛选得到比较强的启动子PrapA、PmetE-1和Phin-1,有效提高了碱性果胶酶的表达量。     

重组毕赤酵母高密度发酵生产碱性果胶酶的策略

重组Pichia pastoris GS115表达碱性果胶酶的诱导阶段, 最佳初始菌体浓度和甲醇诱导浓度分别为122 g/L和20 g/L, 两者之间最佳比值范围是0.16~0.20 g/g (甲醇/菌体浓度). 在此基础上通过生长阶段甘油的指数流加, 以及诱导阶段基于甲醇比消耗速率和溶氧等参数进行甲醇流加的方式, 将甲醇与菌体浓度比例控制在0.171~0.195 g/g之间. 此时, 酶活达到430 u/mL, 生产强度为4.34 u/mL/h, 实现了碱性果胶酶高效生产。     

果胶酶生产及工业应用进展

果胶酶是水解酶家族成员,也是生物技术领域的重要酶,其在全球工业酶市场中所占份额约为25%。果胶酶在工业生产中应用广泛,如植物纤维的脱胶、茶和咖啡的发酵、废水处理、纸浆漂白和动物饲料生产等。在果胶酶的天然来源中,由于微生物具有独特的理化性质,最常被用以生产果胶酶。然而,与许多其他工业酶一样,果胶酶也存在野生菌株产量低、工业生产率低等制约因素,因此,目前果胶酶的研究重点主要集中在如何提高工业规模的生产水平。主要介绍了果胶酶的天然来源,以及在这些来源的基础上通过基因工程改造以获得果胶酶高效表达的最新策略,并概括总结了果胶酶发酵工艺和工业应用,以期为生产具有高活性的果胶酶,提高工业生产的效益奠定理论基础。     

枯草芽孢杆菌FM208849产果胶酶的固定化及酶学性质研究

为了提高游离果胶酶的稳定性,对罗布麻脱胶具有特异性的枯草芽孢杆菌(FM208849)进行产果胶酶发酵时,采用交联酶聚集体(CLEAs)技术制备固定化果胶酶,并对交联果胶酶聚集体的制备条件、酶学性质进行研究。结果表明,游离果胶酶经80%饱和硫酸铵沉淀后,在30℃,经4%的戊二醛溶液交联135 min,所形成的交联果胶酶聚集体的活回收率为61.5%,其最适反应温度45℃和最适pH10,在对交联果胶酶聚集体的热稳定性和有机溶剂稳定性分析中,均显示了比游离酶更高的稳定性。     

微生物果胶酶的分子生物学及其应用研究进展

10多年来,随着生物技术的发展,国外在果胶酶分子生物学研究上取得了很大进展,其应用范围也在不断扩大,除在一些传统领域中的应用外,果胶酶的许多新的用途也正在不断地被挖掘和发现。本文从果胶酶的产生菌、果胶酶的理化性质、已克隆的果胶酶基因、基因的表达与调控及果胶酶的用途等方面简述了微生物果胶酶的研究进展。     

微生物果胶酶研究及其在果蔬加工中的应用进展

果胶酶是指分解果胶物质的多种酶的总称。果胶酶分布很广,可来源于动物、植物和微生物。果胶酶在工业生产领域中是一种重要的新兴酶类,在果蔬加工、饲料、纺织和造纸工业中应用非常广泛。本文介绍了果胶酶的微生物来源、分类及其在果蔬加工中的应用进展。     

果胶酶的固定化研究

本文研究了以重氮化的对—氨基苯磺酰乙基纤维素为载体制各固定化果胶酶的最适条件,并比较了固定化果胶酶与游离酶的性质。结果表明,最适的固定化果胶酶的条件是：在ｐＨ７．００．１５Ｍ的磷酸盐缓冲液中,按每克载体加入２１６３活力单位的酶的比例进行偶联反应１２小时。在以上最适条件下,固定化果胶酶的表观活力为１９８０Ｕ／ｇ,活力回收率为８７％。与游离酶相比,固定化果过酶作用的最适ｐＨ由４．６移至４．２,最适温度变宽,酶的热稳定性增强,操作稳定性良好,半衰期为３２．５天。     

Impala,a transposon from Fusarium oxysporum,is active in the genome of Penicillium griseoroseum

An autonomous impala transposon trapped in Fusarium oxysporum by insertion within the niaD gene encoding nitrate reductase was introduced in the genome of the fungus Penicillium griseoroseum, a producer of pectinase enzymes. Through a phenotypic assay, we demonstrate that this element is able to excise from the niaD gene and to reinsert at new genomic positions. As in the original host, impala inserts into a TA site and footprints left by impala excisions are generally 5 bp. The fact that impala is able to transpose in P. griseoroseum offers the opportunity to develop a gene-tagging system based on this element with the objective to detect and clone genes related in pectinase production.     

Biosynthesis of pectinase by fungi Bjerkandera and Coriolus by solid phase fermentation]

Production of an extracellular pectinase by wood-rot fungi of the genus Bjerkandera and Coriolus was studied. The active producers B. adusta 40 and C. versicolor 24 were selected. The dynamics of production of pectinase and effects of temperature, initial pH, humidity of the medium and addition of nitrogen sources on the biosynthesis of pectinase were studied.     

固定化果胶酶澄清果汁的条件及效果

利用固定化果胶酶对四种不同果汁澄清条件及效果进行研究,结果表明,固定化果胶酶澄清四种不同果汁的效果明显,其中澄清桔汁的果胶酶重复使用20次以上,酶活力及透光率仍可维持在80%以上,其最适反应条件是:果汁浓度50%;pH 3.0~3.5;温度45~50℃;反应时间2小时;酶量每毫升果汁0.05 g固定化果胶酶;澄清时间20小时。     

Enzymatic hydrolysis and extraction of arachidonic acid rich lipids from Mortierella alpina

A novel method for efficient arachidonic acid rich lipids extraction was investigated. Six different enzymes (papain, pectinase, snailase, neutrase, alcalase and cellulase) were used to extract lipids from Mortierella alpina. The effects of enzyme concentration, temperature and hydrolysis time on oil recovery were evaluated using factorial experimental design and polynomial regression for each enzyme. Hydrolysis time is found to be the most important parameter for all enzymes. The ratios of enzyme mixtures were also studied. It showed that the mixtures of pectinase and papain (5:3, v/v), pectinase and alcalase (5:1, v/v) were better combined effects on oil yields. The effects of hydrolysis time and temperature were then analyzed by response surface methodology, and oil recoveries were satisfactory (104.6% for pectinase and papain and 101.3% for pectinase and alcalase). In the whole process, the lipid composition was not affected by the enzyme treatments according to fatty acid profile.     

Pectinase partitioning in polyethylene glycol 1000/Na2SO4 aqueous two-phase system: statistical modeling of the experimental results

Statistical models concerning partitioning of pectinase in polyethylene glycol 1000/Na₂SO₄ aqueous two-phase system were established with response surface methodology. Concentrations of polyethylene glycol 1000 and Na₂SO₄ were selected as independent variables to evaluate their impact on parameters of partitioning in aqueous two-phase system—the partition coefficient of pectinase, purification factor and pectinase yield. An experimental space where over 2.5-fold purification was achieved, followed by over 90% yield of pectinase. The established models showed good prediction of partitioning parameters.