外切菊粉酶的酶学研究进展

菊粉富含于菊芋、菊苣等多种菊科植物中,是一种来源丰富的可再生资源。菊粉是一种由D 呋喃果糖经β-2, 1-糖苷键连接,还原端经α-1, 2-糖苷键连接1个葡萄糖残基构成的果聚糖。菊粉能被菊粉酶水解,生产果糖、高果糖浆、菊粉寡糖,可通过微生物发酵生产燃料酒精等产品,在食品、生物能源、医疗保健等方面都有重要应用,受到广泛关注。介绍外切菊粉酶的分类、来源、结构和催化机理,重点总结近10年微生物来源外切菊粉酶的重组表达和酶学性质情况,简述外切菊粉酶在食品、能源等方面的应用,展望外切菊粉酶的研究热点及方向。     

内切酶法制取菊苣低聚果糖工艺条件的研究

目的:利用毕赤嗜甲醇酵母表达的重组黑曲霉菊粉内切酶,从菊苣菊粉中制取低聚果糖。方法:用重组黑曲霉菊粉内切酶酶解水提菊粉,用薄层色谱、离子色谱分析酶解产物,研究酶解条件,分析产物组成。结果与结论:菊粉浓度为20～160g/L、酶浓度为12U/g菊粉时,低聚果糖的最大产率逐渐升高然后下降;在接近最大溶解度200g/L时,菊粉寡糖最大产率为62.0%,最大产率与酶的用量无关,但提高酶的浓度可以缩短达到最大产率的时间。pH5.5、50℃、菊粉浓度为40g/L、酶用量为12U/g菊粉时,可达到最大产率64.6%;酶解的产物主要为GF2到GF10的菊粉寡糖。     

菊粉酶基因的异源表达、分离纯化及酶学性质

为进一步提高菊粉酶在生物技术领域的应用,研究了来源于马克斯克鲁维酵母Kluyveromyces marxianus YX01的菊粉酶性质。通过在毕赤酵母GS115宿主细胞中异源表达该菊粉酶基因(inu),获得了一种外切型菊粉酶,经聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)验证其分子量为86.0 k Da。进一步在该菊粉酶上增加6个His标签,采用聚乙二醇(PEG)20 000透析浓缩和Ni-NTA Agarose静态亲和吸附作用的方法,完成菊粉酶的分离纯化,纯化倍数和酶回收率分别为3.6和33.1%。比较发现粗酶液与纯酶的酶学性质相似,且菊粉酶的最适反应温度为60℃,最适p H值为4.62,并测得该酶的Km和Vmax值,以菊粉为底物时,Km和Vmax值分别为80.53 g/L和4.49 g/(L·min);以蔗糖底物时,Km和Vmax值分别为183.10 g/L和20.20 g/(L·min)。金属离子Mn2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+和Fe2+对酶活力具有不同程度的抑制作用,其中Cu2+、Zn2+和Fe2+的抑制作用最为显著。这些研究为进一步提高菊粉酶在工业化的应用奠定了基础。     

微生物菊粉酶的研究进展

菊粉酶（Inulinas．EC3.2.1.7）是B－2．1-D-果聚糖酶,可从果糖的非应原端逐个切下单个果糖（外切酶活性）,或在分子内部随机切断某个p－2.1糖着键（内切酶活性）［1］。菊粉酶主要来源于菊科植物和部分微生物,微生物菊粉酶主要来自霉菌、酵母菌和细菌。菊粉酶可水解天然果聚精一菊粉（Inulin）,利用菊粉酶一步水解菊粉制备高果糖浆具有工艺简单、原料价格低廉、转化率高、副产物少,不增加环境污染等优点,因而具有很大的开发应用潜力。菊粉是果糖的多聚物,富含于菊芋（He－lianthustuberosus）等多种菊科植物中,菊芋块茎主要成分…     

降解菊粉担子菌的分离鉴定及其酶的产生

从菊芋地的腐木上分离到一株在以菊粉为唯一碳源和能源的培养基上生长良好,具有较高菊粉酶活性的担子菌菌株,经鉴定为采绒革盖菌（Ｃｏｒｉｏｌｕｓｖｅｒｓｉｏｌｏｒ）。该菌的菊粉酶大部分是胞外酶,此酶对菊粉的专一性高,其Ｉ／Ｓ比值在发酵过程中不断变化。菊粉酶活性平行地随菌体生长而增加。该酶的合成受菊粉诱导,受果糖抑制。当果糖浓度大于２．７ｍｇ／ｍｌ时,菊粉酶活性为零。菌体的匀质化可使生长加快从而获得大量菊粉酶。     

马克斯克鲁维酵母菌菊粉酶的异源表达及低聚果糖制备工艺优化

【目的】低聚果糖是新型的食品和保健品原料,具有广阔的市场需求。以菊粉酶水解菊粉制备低聚果糖的酶法工艺是先进的绿色制造。本研究旨在获得高产的菊粉酶菌株及以菊粉为原料酶法制备低聚果糖的优化工艺。【方法】采用基因工程手段克隆马克斯克鲁维酵母菌(Kluyveromyces marxianus)的菊粉酶基因,实现其在毕赤酵母中的高效表达;测定菊粉酶在不同p H、温度、金属离子和底物浓度等条件下的酶活变化趋势,获得最佳的反应参数;通过高效液相色谱法检测水解产物,获得不同酶量水解产物各组分分布。【结果】菊粉酶工程菌株在10 L发酵罐中的产菊粉酶活达1 570 U/m L、蛋白质含量为2.75 g/L发酵液;菊粉酶最适反应参数为:在体积为1 L的反应体系中,p H 5.0、反应温度50°C、含0.2 mmol/L Mg2+以及菊粉浓度为8%。在该条件下,酶量为10 U时菊粉被完全水解。水解产物中单糖和二糖含量仅为9.25%,而低聚果糖(C3-C8)含量为90.75%,且C3-C5低聚果糖含量高达72.92%。【结论】克隆了K.marxianus菊粉酶基因并实现了高效表达,获得了水解菊粉制备低聚果糖的最佳工艺条件。为菊粉酶的大量生产及低聚果糖的酶法制备奠定了良好的基础。     

菊粉酶产生菌的筛选及60Co诱变选育简

目的：从新疆石河子盐碱地菊芋生长根际土壤中分离筛选高产菊粉酶活力菌株。方法：通过稀释平板涂布法分离微生物;利用^60Co诱变选育,96孔板筛选突变菌株;采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定菊粉酶酶活。结果：分离到12株具有菊粉酶活力的菌株,复筛得到1株高产菊粉酶活力菌株,将其命名为G-60;以此菌株为出发菌株进行^60Co诱变,利用96孔板对诱变菌株进行筛选,经摇瓶发酵酶活测定,得到1株高产菊粉酶酶活的突变株,酶活达46．62U/mL,是未诱变菌株酶活的2．72倍。结论：经诱变得到1株高产菊粉酶活力的突变菌株。     

黑曲霉(Aspergillus niger)产菊粉酶菌株的筛选及培养条件的研究

Ak3个地区7个土壤样品中筛选高产菊粉酶的黑曲霉菌株,对筛选出的黑曲霉菌株进行了形态鉴定,探讨了温度、pH值对菊粉酶活力的影响,比较了固体和液体两种扩大培养法对黑曲霉菌株产菊粉酶的影响。结果表明：经过初筛和复筛得到A4、A6、A8、A12、At4、A15和A16共7株黑曲霉菌株,菊粉酶活力大于15．0U／mL,经数码生物摄影显微镜镜检符合黑曲霉的形态特征。A8菌株的菊粉酶酶活最高,达到25．0U／mL,在60℃、pH值5．0的条件下酶活性最大。     

黑曲霉(Aspergillus niger)Uγ-2菊粉酶保护剂的研究

研究菊粉酶热稳定性,菊粉酶在60℃具有较好的热稳定性;一些醇类物质和增稠剂可以提高菊粉酶的热稳定性;利用甘油、美原胶和CaCl2设计三因素三水平的正交试验,确定了以6％的甘油,0．6％的黄原胶,100mmol／L的CaCl2组合的保护剂,对提高酶的热稳定性具有显著作用。     

内切型菊粉酶生产菌株的筛选及诱变选育

采用透明圈法筛选得到了产菊粉酶的多株菌株,并得到了1株产内切型菊粉酶较高的隐球酵母属（Cryptococcus)菌株L1,以L1作为出发菌株经Co^60诱变后,得到1株产内切型菊粉酶最好菌株C10,其诱变后低聚果糖得率比诱变前提高了52．6％,酶活力提高了51．9％。