多聚半乳糖醛酸酶在黑曲霉中的超量表达及其酶学性质研究

运用基因工程手段,构建高效表达多聚半乳糖醛酸酶的黑曲霉重组菌株,并对重组酶活性及酶学性质进行研究,以期更好的实现多聚半乳糖醛酸酶在食品加工、饲料生产及废水处理中的重要作用。从果胶酶生产菌黑曲霉GJ-1中扩增得到多聚半乳糖醛酸酶基因pgaB的成熟肽编码序列(1232 bp),集成glaA多拷贝强启动子和信号肽,构建其黑曲霉表达载体pSZHG6RS-pgaB,通过农杆菌介导法转化黑曲霉,获得多聚半乳糖醛酸酶黑曲霉重组菌株。聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测结果表明,目的蛋白大小约为38 kDa;在发酵第10 d时酶活最高达到4617.8 U·mL-1。酶学性质研究表明,最适温度为50℃,高温时热稳定性较差;最适pH为5.0,碱性耐受能力较强;Ca2+、Fe3+、Fe2+均对重组酶有一定激活作用;重组酶对不同底物的催化能力不同,甲酯化程度越高酶对其降解能力越弱,其中对无甲酯化的多聚半乳糖醛酸催化能力最强,DE值为33.04%。重组菌株产酶活性较高,具有明确的产业化前景。     

高产高纯度脯氨酰内肽酶黑曲霉工程菌的构建

利用基因工程技术,构建过表达黑曲霉来源带有自身信号肽的脯氨酰内肽酶黑曲霉重组菌株TH2-protAS和过表达以黑曲霉内源高效分泌的葡糖淀粉酶信号肽以及α-淀粉酶信号肽代替自身信号肽的脯氨酰内肽酶黑曲霉重组菌株TH2-SglaA-protA和TH2-SamyA-protA。SDS-PAGE结果显示,脯氨酰内肽酶在重组菌株中分泌表达,但是存在不同程度的糖基化。酶活检测结果表明,重组菌株TH2-protAS、TH2-SglaA-protA和TH2-SamyA-protA的最高酶活分别为1.70、2.19、1.91 U/mL。在重组菌株TH2-SglaA-protA的基础上,利用基因敲除技术,敲除了主要的背景蛋白酸稳定的α-淀粉酶,结合发酵条件优化,获得了高纯度的脯氨酰内肽酶。综合上述结果可得出结论:可在黑曲霉中同源高效分泌表达脯氨酰内肽酶;glaA信号肽和amyA信号肽明显增加黑曲霉中脯氨酰内肽酶的分泌表达量,且glaA信号肽的效果优于amyA信号肽;将基因敲除和发酵调控相结合,可以有效去除分泌的背景蛋白,获得高产高纯度脯氨酰内肽酶的菌株,该重组菌株具有明确的工业应用潜力。     

黑曲霉酸性果胶裂解酶的高效表达及其在果汁澄清中的应用

利用黑曲霉自身强启动子（葡萄糖淀粉酶启动子,PglaA）实现了酸性果胶裂解酶PelD在黑曲霉中的过量表达,重组酸性果胶裂解酶经镍柱亲和层析纯化后进行Western blot鉴定及酶学性质研究。重组酸性果胶裂解酶在摇瓶发酵条件下最高酶活力达到8?822.6?U/mL;经一步纯化后,该重组酶的比活力为8?522.7?U/mg,回收率为79.4%;该重组酶的最适反应pH值为5.0,在pH?3.0～6.5范围内40?℃保温2?h仍能保持50%以上的相对酶活力,在酸性pH值下稳定性良好;最适反应温度为50?℃,该重组酶在30～50?℃的范围内非常稳定;在1?mmol/L浓度下,Ca2＋、Mg2＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋、Mn2＋、Ba2＋对该重组酶具有激活作用,其中Zn2＋、Ni2＋、Ba2＋激活作用较为显著,而十二烷基硫酸钠表现为抑制作用;底物特异性分析表明该酶能够特异性地降解高度甲酯化果胶,其对柑橘果胶（酯化度≥85%）酶活力高达31?248.0?U/mL;此外,重组酶对橙汁、苹果汁和葡萄汁具有良好的澄清效果,其中橙汁的透光度提高了16.9?倍,苹果汁的透光度提高了10.5?倍,葡萄汁的透光度提高了4.7?倍。     

重组海藻糖合酶工程菌高密度发酵条件的研究

目的:通过对前期构建的海藻糖合酶基因工程菌进行高密度发酵的研究,获得了其高密度工艺条件。方法:采用摇瓶发酵和10L自控罐高密度发酵研究了培养基、pH、发酵方式对工程菌生长及目的蛋白表达的影响,并考察了工程菌中重组质粒的遗传稳定性。结果:海藻糖合酶基因工程菌高密度发酵的培养基为2YT+0.2%葡萄糖,最适pH为7.0,发酵方式为分批补料,通过10L自控罐高密度发酵最终得到的工程菌细胞密度达到了50.78g/L,酶活达到了3.197U/mL。所构建的重组质粒在宿主中得到了稳定遗传。结论:优化了海藻糖合酶基因工程菌高密度发酵的条件,为海藻糖规模化生产奠定了基础。     

有于降解秸秆的纤维素酶产生菌的筛选研究

研究了降解农人物秸秆纤维素菌株的筛选方法,即用刚果红纤维素粉琼脂培养基,并结合滤纸条培养基进行初筛,以稻草或玉米秸秆为发酵培养基进行复筛,筛选到纤维素酶活力较高的野生菌株Ma,通过对其进行紫外诱变得到诱变菌株TMa-9118,该菌株的产量最适条件为：稻草粉和麸皮的比例为8：2,培养基含水量65％,发酵时间为72h,发酵温度为30℃,该酶最适反应pH为4．4,最适反应温度为50℃,最佳浸提条件为40℃蒸馏水。     

黑曲霉SL2-111产果胶酯酶的纯化与性质

通过硫酸铵分级沉淀、DEAE-Sepharose Fast Flow阴离子交换柱层析、Sephacryl S-200分子筛柱层析3个步骤,从黑曲霉SL2-111发酵的果胶酶粗品中纯化出一种电泳纯的果胶酯酶。经SDS-PAGE测定其分子质量约为48.8ku。最适pH值和最适温度分别为5.8和60℃。在50℃以下,pH值5.8-6.2之间酶活力相对稳定。     

产酸性果胶酶菌株的筛选及固体发酵工艺条件和酶水解特性的研究

本研究从土壤中分离筛选到一株产酸性果胶酶的菌株WY9,经分子生物学鉴定,菌株WY9初步鉴定为棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)。该菌株的最适固体发酵工艺条件为:发酵基料为玉米胚芽粕,每克基料添加NH_4H_2PO_40.06g、Mg_SO_40.04g,发酵基料含水量为65%,pH值为3,发酵温度为30℃,发酵时间为84h,在此条件下酸性果胶酶酶活达2200U/g干曲。该酶水解果胶的最适温度为50℃,最适pH为3.5,在温度低于60℃和pH2.5～4.5之间具有良好的稳定性。     

果胶内切酶的分离纯化和酶学特性研究

由黑曲霉发酵的商品果胶酶经SephacrylS-300柱层析分离纯化后得到电泳纯的果胶内切酶PG2,该酶的分子量为37.4ku,最适pH值为4.5,最适温度为35℃,Ca2 和Al3 对其酶活有明显的激活作用,Pb2 有明显的抑制作用,Km为1.26%,pI为3.12,对其氨基酸分析结果表明该酶中酸性氨基酸含量大于碱性氨基酸。     

枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶基因在酿酒酵母中的表达和应用

将优化后的枯草芽孢杆菌碱性蛋白酶(serine alkaline protease,SAP)基因克隆到酿酒酵母表达载体pYES2上,在酿酒酵母Whu2d中进行表达。发酵酿酒酵母工程菌,对重组碱性蛋白酶酶学性质和降解豆粕中蛋白类抗营养因子效果进行研究。结果显示:工程菌发酵液中碱性蛋白酶酶活比出发菌株高55.2%。其最适反应温度和pH分别为45℃和8.0,在pH值为7.0~10.5时具有较好的稳定性,相对酶活可以保持在80%以上。与出发菌株相比,工程菌发酵后豆粕培养基中酸溶蛋白含量提高42.1%,粗蛋白和β-伴大豆球蛋白含量无显著差异,大豆球蛋白和胰蛋白酶抑制因子的含量分别降低41.9%和57.4%。以上结果表明:该碱性蛋白酶酿酒酵母工程菌可以用于饲料、食品等富含蛋白原料的加工。     

黑曲霉果胶酯酶在毕赤酵母中异源表达、性质分析及脱酯工艺优化

果胶酯酶作为一种食品酶制剂,因其能够将高酯果胶的甲酯基脱去生成低酯果胶而受到广泛关注,但目前国内尚无自主研发的商品果胶酯酶。为了促进果胶酯酶的应用,该研究合成了密码子优化后的黑曲霉果胶酯酶基因,并实现了其在毕赤酵母X33中成功表达。3 L发酵罐高密度发酵96 h后,得到的发酵液上清液中果胶酯酶的活力为85.12 U/mL,是摇瓶水平的7倍,也是目前果胶酯酶表达的最高水平。对重组果胶酯酶进行分离纯化和酶学性质研究,结果表明,重组果胶酯酶的最适pH和最适温度分别是pH 5.0和55℃,K_m和V_max分别是13.8 mmol/L和9.04μmol/(L·min)。该酶的温度稳定性较好,在55℃处理40 min,剩余活力仍保持在60%以上;其pH耐受范围广,在pH 3.5～6.5下处理120 min,仍保持60%以上的剩余活力。以高酯果胶为底物,对该果胶酯酶的脱酯条件进行优化,优化得到的脱酯工艺参数为：30 g/L果胶、加酶量65.4 U/g、脱酯温度50℃、初始pH 5.5、脱酯时间60 min。在此条件下果胶的酯化度从70.8%降至13.6%。该...     

酸性α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中的高效表达

酸性α-淀粉酶是发酵行业用量最大的酶类,为了实现酸性α-淀粉酶基因的高效表达,将本实验室已经克隆得到的去信号肽的酸性α-淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌WB600宿主中进行表达,成功的构建了表达菌株pHT43-amy/WB600。在初始菌浓度OD600为0.8时加入终浓度为0.9 mmol/L的IPTG,诱导6 h的条件下测得酶活力为1 230 U/mL,又由于宿主菌WB600外分泌蛋白较少,因此具有明显的生产优势。     

冬小麦膨胀素基因EXPB7工程菌构建及纤维素水解作用分析

为了寻找促进纤维素降解的有效方法来提高纤维素酶的降解效率。本研究以东农冬麦1号膨胀素基因EXPB7为供体,构建黑曲霉表达载体,以黑曲霉CICC2462为受体,采用农杆菌介导法遗传转化黑曲霉,构建膨胀素基因黑曲霉工程菌pSZHGS-EXPB7,并对该工程菌发酵液的纤维素水解促进作用进行分析。结果表明,黑曲霉重组膨胀素蛋白在对滤纸处理2 d后崩解效果明显,与出发菌株的分泌蛋白相比,具有一定的促进作用;重组菌株发酵液上清处理滤纸产生的还原糖含量显著高于出发菌株(P<0.05),与仅用酶液处理滤纸相比,能够将纤维素酶的水解效率提高32.9%。     

黑曲霉耐酸性α-淀粉酶的固态发酵条件研究

研究了固态发酵条件对黑曲霉(Aspergillus niger)PZ301合成酸性α-淀粉酶的影响。结果表明,固态发酵最佳培养基组成:麸皮7.0g,葡萄糖0.07g,淀粉0.21g,(NH4)2SO40.07g,起始pH 4.2;最佳培养条件为培养温度35℃,料水比为1∶1,接种量3mL(孢子浓度为107个/mL)。在上述条件下培养72h,酶活力可达19.6IU/g干培养基。另外还测定了PZ301固态发酵中生物量的变化,PZ301菌株的生物量和耐酸性α-淀粉酶在72h时均达到最高,这表明耐酸性α-淀粉酶系同步合成型酶。     

黑曲霉酸性α-淀粉酶基因的克隆及其在毕赤酵母中的表达

以黑曲霉Aspergillus niger基因组DNA为模板,PCR扩增出酸性α-淀粉酶的结构基因,将此基因插入载体pPIC9K,重组质粒pPIC9K-asAA转化毕赤酵母SMD1168,并通过G418平板培养基筛选高拷贝转化子。在酵母α-Factor及AOX1基因启动子和终止信号的调控下,酸性α-淀粉酶大量表达并分泌到胞外,该酶的表达受甲醇的严格调控和诱导,摇瓶培养中,2%甲醇诱导培养168h后酶活力达到最大值2838U/mL。SDS-PAGE结果显示该重组酶的分子质量为58kD。该酶的最适反应pH值为4.0,在pH3.0～6.0之间酶活力基本保持稳定,最适反应温度为70℃,在工业生产常用温度50℃条件下,该酶能够长时间保持稳定,并具有较高的酶活力。重组毕赤酵母遗传稳定性良好。     

极端嗜热酸性α-淀粉酶PFA在枯草芽孢杆菌中的高效分泌表达

为探索极端嗜热酸性α-淀粉酶PFA在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis WB600）中的高效分泌表达条件,对来源于枯草芽孢杆菌的9?种Sec分泌途径信号肽进行筛选,结果显示信号肽YfkN的引导分泌效率最高。在此基础上,为进一步优化PFA的分泌表达,对信号肽YfkN的Ile3和Gln4进行饱和突变,并比较不同突变体的引导分泌效率。结果表明突变体I3G/Q4R的引导分泌效率最高,重组枯草芽孢杆菌的胞外α-淀粉酶活力高达715?U/mL。重组α-淀粉酶PFA的最适反应pH值为5.0,最适反应温度为100?℃,于100?℃的半衰期长达13?h,并且不依赖于Ca2＋。结果表明,采用信号肽I3G/Q4R,极端嗜热酸性α-淀粉酶PFA能够在枯草芽孢杆菌中高效分泌表达,这有利于其在淀粉液化工艺中的应用。     

稻草粉基混合菌发酵产纤维素酶研究

以稻草粉为主要原料,对白腐菌(White-rot fungi)NS75和黑曲霉(Aspergillus niger)NS83进行固态混合发酵产纤维素酶进行研究。混合菌固态发酵与单菌固态发酵实验结果比较表明,混合菌发酵产生的纤维素酶总体酶活明显高于单菌种发酵,其β-葡萄糖苷酶(β-G)酶活较白腐菌NS75单菌发酵提高了120.9%;葡聚糖内切酶(CMC)酶活比黑曲霉NS83单菌发酵提高了140.8%。单因素实验和正交实验结果表明,当稻草粉麸皮质量比为9∶1,料水比为1∶2,白腐菌NS75与黑曲霉NS83的接种比例为1∶1(v∶v)时,培养第3d开始搅拌,每天搅拌一次,于30℃,培养5d,稻草粉基混合菌发酵产纤维素酶中CMC酶活达到16650U/g,β-G酶活为16108U/g、滤纸酶活(FPA)酶活为3164U/g。     

黑曲霉果胶裂解酶和聚半乳糖醛酸酶合成的发酵调控

通过对黑曲霉(Aspergillus niger)wz 003液态发酵过程的调控,制备了高活性的果胶裂解酶,并讨论了发酵过程中聚半乳糖醛酸酶活力的变化情况。实验表明,发酵产酶培养基组成为(g/L):麸皮60,玉米粉40,酵母膏20,胡萝卜12,CaCO_3 10。培养条件为:初始pH 6.5,30℃,接种量8%,培养2 d。此时果胶裂解酶活力为375.3 U/mL,为基础条件下的6.225倍,而聚半乳糖醛酸酶的合成得到了有效控制,酶活仅为29.4 U/mL。改变发酵条件,有利于聚半乳糖醛酸酶的发酵生产,此时酶活力为基础条件下的5.05倍。     

组成型分泌表达嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶的重组粪肠球菌的构建

该研究以高效组成型启动子P10替换pSIP401-gtamyhds中诱导型启动子,构建重组载体pSIP401Z-gtamyhds,并以其为基础框架,分别导入粪肠球菌（Enterococcus faecalis）来源的8种信号肽（s1～s8）,采用电转化法将信号肽筛选载体转入具有优良益生特性的粪肠球菌EXW27,构建组成型分泌表达嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶Gt-amy的重组粪肠球菌。以发酵上清液中α-淀粉酶活性为评价指标,对8种信号肽进行筛选,并对嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶Gt-amy进行分离纯化和酶学性质研究。结果表明,信号肽s7对嗜热酸性生淀粉α-淀粉酶Gt-amy的分泌效率最高,发酵上清液中α-淀粉酶活性达到310 U/mL。重组Gt-amy的最适反应pH值为5.0,在pH 4.0～8.0范围内具有较好的稳定性,最适反应温度为80 ℃,于80 ℃的半衰期为3 h,在40 ℃条件下反应3 h,对玉米淀粉的降解率可达55.8%。