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。     

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。     

微生物果胶酶研究进展

果胶酶是一类分解果胶质的酶的总称,它能将复杂的果胶分解为半乳糖醛酸等小分子。目前果胶酶在食品、纺织、医药、造纸、环境、生物技术、饲料等领域得到广泛应用。果胶酶主要来自微生物。综述了微生物果胶酶生产菌的菌种、选育、鉴定、发酵方法和发酵条件优化,酶的分离纯化、酶学性质和分子生物学方面的研究进展,并介绍了果胶酶的应用进展,最后展望了微生物果胶酶研究的广阔前景。     

果胶酶分离纯化及分析方法的研究进展

果胶酶能降解果胶质,在果汁制造、果酒酿造等方面有着广泛应用。果胶酶分子生物学的迅速发展极大地促进了分离纯化与分析方法的研究。由于不同菌种产生的果胶酶成分复杂程度不同,分离纯化手段和分析方法也不相同。本文对果胶酶分离纯化手段及其分析方法进行了综述。     

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。     

碱性果胶酶及其在棉纺织预处理中的应用

综述了果胶酶的分类,及其酶活测定方法;产碱性果胶酶的微生物及嗜碱细菌生理活动;并对碱性果胶酶在棉纺织预处理中的应用状况作了一定的介绍。     

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。     

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。     

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。     

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。     

利用CRISPR-Cas9技术失活黑曲霉中果胶酶基因及突变株性能评价*

我国果胶酶制剂使用广泛但专一性不高,高效、专一的果胶酶制剂在市场上仍然匮乏。利用基因工程技术改造果胶酶生产菌株——黑曲霉来生产单一成分的果胶酶成为解决果胶酶应用需求的一种有效方案。构建一种高效的CRISPR-Cas9基因编辑技术,可为构建高产单一性果胶酶的黑曲霉底盘菌株提供有效的基因编辑工具。首先敲除产果胶酶黑曲霉基因组上的pyrG基因构建尿嘧啶营养缺陷型菌株AnΔpyrG,并在AnΔpyrG菌株的pyrG基因位点定点整合Cas9基因表达盒和pyrG基因表达盒,构建组成型表达Cas9基因的黑曲霉菌株AnCas9,再构建含有gpdA启动子、锤头结构核酶、HDV核酶的稳定性表达sgRNA的pLM2-sgRNA质粒,建立CRISPR-Cas9基因编辑体系。利用该技术失活AnCas9菌株中的2个聚半乳糖醛酸酶基因4978020和4983861来检测构建的CRISPR-Cas9基因编辑效率并检测4978020基因功能缺失菌株的表型变化和产酶变化,结果表明果胶酶基因编辑效率大于50%,AnΔ4978020的表型和果胶酶酶活性与出发菌株均无明显变化。在黑曲霉中成功构建了高效的Cas9基因编辑技术,4978020基因功能缺失也不影响菌株表型,为构建高产单一性果胶酶黑曲霉底盘菌株奠定基础。     

产酸性果胶酶的研究应用及展望

果胶酶是分解果胶的酶,是复合酶。果胶酶分布广泛,植物、微生物、原生动物以及昆虫中都有存在。细菌、放线菌、酵母和霉菌都是工业生产领域中合成果胶酶的主要产生菌,本文综述了产酸性果胶酶的研究现状。     

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。     

果胶酶在麻类脱胶中的应用及其作用机理

脱胶是麻类产业链中的难题。生物脱胶则是解决麻类加工技术难题的发展方向。果胶酶在生物脱胶中的应用一直是研究的重点。本文通过分析国内外有关果胶酶和产酶微生物在选育、发酵、酶学性质、基因工程与脱胶工艺等方面的研究进展,阐明了果胶酶在麻类脱胶中的作用机理。果胶酶是麻类生物脱胶不能缺少的关键酶之一,但不能独立完成麻类脱胶;根据麻类纤维原料特性,采用基因操作等技术构建复合酶高产菌株是未来的重点研究方向。     

微生物果胶酶的研究进展

该文综述了近年来微生物果胶酶的产生菌种及菌种选育的研究,论述了果胶酶的分类、作用机制及酶活测定方法,并对微生物果胶酶的酶学性质、分子生物学研究及应用等方面进行了概述。     

果胶酶的细胞化学定位:马尾松树脂道发生的细胞化学证据

运用薄切片和电镜细胞化学方法观察了马尾松(Pinus massoniana Lamb.)茎皮层树脂道的发育及发育过程中果胶酶的变化.树脂道的发育过程一般可分为4个阶段,即原始细胞阶段、胞间隙形成阶段、腔道扩大阶段和树脂道成熟阶段.在原始细胞阶段,果胶酶的反应产物首先出现在原始细胞膨胀的细胞壁角隅处,然后沿细胞壁中层分布.胞间隙形成后,果胶酶的反应产物分布在细胞壁和胞间隙的交界面.随着胞间隙的扩大,反应产物的密度逐渐降低.当树脂道成熟后,上皮细胞壁上则没有果胶酶的反应产物出现.细胞化学证据表明:在树脂道的发育过程中,果胶酶降解树脂道原始细胞细胞壁中层,支持树脂道以裂生方式形成.果胶酶的细胞化学定位技术还可用于其他植物中与果胶水解有关的发育过程.     

果胶酶的细胞化学定位：马尾松树脂道发生的细胞化学证据

运用薄切片和电镜细胞化学方法观察了马尾松(Pinus massoniana Lamb.)茎皮层树脂道的发育及发育过程中果胶酶的变化。树脂道的发育过程一般可分为4个阶段,即原始细胞阶段、胞间隙形成阶段、腔道扩大阶段和树脂道成熟阶段。在原始细胞阶段,果胶酶的反应产物首先出现在原始细胞膨胀的细胞壁角隅处,然后沿细胞壁中层分布。胞间隙形成后,果胶酶的反应产物分布在细胞壁和胞间隙的交界面。随着胞间隙的扩大,反应产物的密度逐渐降低。当树脂道成熟后,上皮细胞壁上则没有果胶酶的反应产物出现。细胞化学证据表明: 在树脂道的发育过程中,果胶酶降解树脂道原始细胞细胞壁中层,支持树脂道以裂生方式形成。果胶酶的细胞化学定位技术还可用于其他植物中与果胶水解有关的发育过程。     

海洋扩展青霉（Penicillium expansum）果胶酶的纯化及酶学性质研究

通过超滤、DEAE Sephadex A-50离子交换层析、Sephadex G-100凝胶过滤层析,对一株来自海洋的扩展青霉(Penicillium expansum)所产果胶酶进行分离纯化,得到电泳纯的果胶酶,经SDS-PAGE电泳显示单一条带,且果胶酶亚基的分子质量约为63.96 ku,纯化倍数为24.13,回收率为36.32%。酶学性质研究结果表明,该果胶酶的最适反应温度为50℃,最适p H值5.4,在p H值4.6~6.2比较稳定,Mg2+、Ca2+对果胶酶活力有明显激活作用,Cu2+有明显抑制作用,以果胶粉为底物的Vmax为393.56μg/(min·m L),Km为3.34 mg/m L。     

微生物原果胶酶的研究进展

综述了微生物原果胶酶的作用机理,酶学性质,分子生物学基础,并对微生物原果胶酶的应用作了介绍。