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β-半乳糖苷酶全细胞催化制备低聚半乳糖工艺优化

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 0 433 2021-12-31
【摘要】β一半乳糖苷酶能以乳糖为底物生产低聚半乳糖。利用前期构建的产β一半乳糖苷酶F441Y重组毕赤酵母为菌种,进行摇瓶发酵并诱导培养。酵母菌体经过离心、洗涤后作为全细胞催化剂用于转化乳糖制备低聚半乳糖。为了提高转化率,首先通过单因素实验,优化了反应的初始pH、温度、乳糖浓度、加酶量和反应时间等因素。在此基础上,采用正交实验进一步优化了反应条件,优化后的最佳条件为:反应初始pH6.0,反应温度为80℃,乳糖浓度为80%(w/v),加酶量为5U/mL。在最佳转化条件下,反应24h,低聚半乳糖的最高转化率为59.9%。与游离酶转化方法相比,该反应体系中的杂蛋白和美拉德反应较少,更有利于低聚半乳糖产品的后续分离。该研究建立的全细胞酶转化方法,具有转化率高、简单易行以及容易操作等优点。
  • β一半乳糖苷酶(EC3.2.1.23),全称为β—D.半乳糖苷半乳糖水解酶,又名乳糖酶,是一种广泛存在于动植物及微生物中的多功能酶。它不但能够水解乳糖,还具有半乳糖苷转移活性。当以乳糖为底物时,它可以切割乳糖的β-(1,4)糖苷键,并将游离的半乳糖残基以β-(1,3)、β-(1,4)、β-(1,6)糖苷键连接到其他糖分子上,形成非消化性的功能性低聚糖一低聚半乳糖(简称GOS)。由于低聚半乳糖具有优良的特性和特殊的生理功能,目前它已经被广泛应用在保健品、乳品工业、糖果、饮料等领域。根据耐热性能的差异,可以将β-半乳糖苷酶分为常温和高温β-半乳糖苷酶。

    目前,这两类酶在低聚半乳糖的工业化生产都有应用。其中,高温β-半乳糖苷酶热稳定性好,可以在高温下进行转苷反应,具有转化率高且反应体系不易染菌等优点,是当前研究的热点。然而,我国在耐热、高转苷活性β-半乳糖苷酶制备和应用方面的研究不多。目前,我国工业生产中所用的乳糖酶主要依赖从日本或者美国进口,价格昂贵,制约了低聚半乳糖的工业化生产。

    在前期研究中,本研究室实现了硫矿硫化叶菌β-半乳糖苷酶突变体F441Y在毕赤酵母中的重组表达。并且考察了重组游离酶转化乳糖制备GOS的效果,结果显示GOS最高转化率可以达到61.7%。然而,该重组酶为胞内酶,要获得游离酶就需要进行细胞破碎,不但耗能,且酶活回收率低。为了克服上述缺点,本研究考察了利用全细胞β-半乳糖苷酶转化乳糖生产低聚半乳糖的效果,为低聚半乳糖的全细胞酶催化生产做出了一定的尝试。

    1材料与方法

    1.1菌株

    毕赤酵母KM71/pPIC3.5K—F441Y菌株为本实验室保藏。

    1.2主要试剂

    试剂:蛋白胨酵母粉,购自Oxoid公司;邻硝基苯β-D一半乳吡喃糖苷(oNPG),购于美国的Sigma公司;酵母基础氮源(YNB),由上海生工生物工程有限公司提供;α-乳糖等国产分析纯试剂,购于国药集团化学试剂有限公司。

    1.3培养基

    摇瓶培养基YPD、BMGY、BMMY等参考Invitro.gen公司的毕赤酵母表达手册。

    1.4培养方法

    种子培养:从一80℃保藏的甘油管中取100L菌液,接种于40mLYPD培养基中,在200r/min、30℃条件下振荡培养24h。

     


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