甘油单酯脂肪酶GMGL的高效表达及固定化研究

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甘油单酯脂肪酶是能专一地作用于甘油单酯底物的水解酶。其高度专一的底物特异性,使其在工业应用中极具应用价值。同时甘油单酯脂肪酶在不同生物体内中具有重要的生理调控作用。针对该酶的大量结构与功能关系研究,其催化功能及生理功能逐渐明晰。然而其高效表达及酶制剂制备研究仍未深入,限制了该酶的工业应用前景。为提升其应用价值,满足市场需求,本课题以海洋地衣芽孢杆菌Geobacillus sp.12AMOR1来源的甘油单酯脂肪酶(Monoglyceride Lipases from Geobacillus sp.12AMOR1,GMGL)为研究对象,研究GMGL在大肠杆菌系统中高效表达及发酵参数的优化、酶的固定化制备条件、酶学特性表征及初步应用研究等。主要研究结果如下:(1)工程菌株GMGL/E.coli BL21(DE3)的发酵工艺优化。在摇瓶、5 L发酵罐及50 L发酵罐中对基因工程菌进行了诱导剂浓度、诱导时间、诱导温度、诱导pH和葡萄糖流加方式等对GMGL/E.coli BL21(DE3)工程菌发酵制备GMGL的影响。结果表明,最佳诱导剂IPTG浓度为1.0 mmol/L,最佳诱导时间为对数生长期后期(OD600为20),最佳诱导温度为25℃,最佳pH为7.0,最适葡萄糖流加方式为变速流加,优化后甘油单酯脂肪酶GMGL水解活力达到1985 U/m L,较发酵罐水平优化前提高了67.50%,是摇瓶水平发酵优化前的16.54倍。在50 L发酵罐中,发酵27 h时GMGL水解活力达到最高,为2335 U/m L,比5 L优化结果提高了17.63%。(2)重组甘油单酯脂肪酶GMGL的固定化研究。选用7种不同的树脂进行固定化载体的筛选,其中环氧树脂ECR8285M用于脂肪酶GMGL所得固定化酶水解活力最高,可达2595 U/g。通过单因素试验及响应面法进一步优化固定化工艺:酶载量为84 mg/g、磷酸盐缓冲液盐离子强度为0.54 mol/L、缓冲液pH为8.70,在该处理条件下固定化GMGL的水解活力为4908 U/g,较优化前水解活力提高了197.45%。(3)固定化GMGL表征及其酶学性质探究。通过扫描电镜(SEM)和FT-IR光谱对脂肪酶GMGL固定化前后进行表征验证,证实脂肪酶GMGL成功负载在ECR8285M树脂上。酶学性质表征研究显示其最适反应温度为60℃,55℃孵育1 h水解活力能仍维持在80%以上,较游离酶有较好的热稳定性。其最适反应pH为7.0,在中性的溶液环境中更为稳定。其对正己烷的耐受性较强,处理3 h后残余水解活力仍为82.30%。其在4℃密封储存120 d后,水解活力仍然可达92%以上,此外,ECR8285M-GMGL在持续搅拌6 d后,外观无裂缝,说明其储存稳定性良好、机械强度大,具有诱人的工业应用潜力。
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