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右旋糖酐蔗糖酶(dextransucase,EC2.4.5.1)是一种分泌型葡萄糖基转移酶,可以将蔗糖分子中的D-葡萄糖基转移到受体分子上,按催化程度的不同可以生成右旋糖酐(dextran)和低聚糖,同时伴有果糖的生成。右旋糖酐及果糖均具是具有很大经济价值的医药及食品工业产品。其中右旋糖酐是一种优良的代血浆产品,及一些药物的载体。同时还可以食品工业的某些食品的改良。果糖是左旋性的六碳糖,因其在食用后不影响血糖,及肾上腺激素等相关激素的升高,因而是糖尿病人良好的甜味剂来源。欧、美、日均已将果糖列入药典,将其作为口服剂或注射剂使用。其在临床上,还可以作为良好的能量型医药在手术中得以应用。本实验在已经完成重组大肠杆菌高效表达重组右旋糖酐蔗糖酶优化研究的基础上,进行以蔗糖为底物,在重组右旋糖酐蔗糖酶的催化下制备果糖及其结晶的研究。
本课题首先对产右旋糖酐蔗糖酶工程菌的稳定性进行了研究。研究从工程菌的传代数,抑制剂浓度及金属离子的影响三个角度出发,分别考察对于工程菌产酶稳定性的影响。结果显示在原始高产菌株传代一定次数后,通常为10-13代,工程菌表达的右旋糖酐蔗糖酶量大大降低,而酶活也会大大降低。因此有必要对工程菌进行复筛,以获取和维持活性更高的工程菌,以节便于重组酶的制备。在逐步提高抗生素浓度即硫酸卡那霉素试验中,发现保持一定浓度的筛选压力对于维持工程菌产酶的高产量具有积极影响,在无抗性压力下,工程菌会快速的丢失质粒而造成产酶量下降的现象。而在增高筛选压力后,较高的筛选压力对于工程菌的本身也会产生抑制现象,会导致工程菌的富集不充分从而影响酶的表达。研究中还发现,Mn2+金属离子对于酶的稳定性具有显著的维持及增强作用,而其他的金属离子基本上起到抑制作用,会严重影响酶的表达活力。
其次研究了右旋糖酐蔗糖酶制备果糖的一般工艺。研究从底物浓度,酶用量,分离纯化方法等方面予以研究,以获得科学的果糖制备工艺。研究得出,右旋糖酐蔗糖酶的添加量为2.0U/mL,蔗糖底物浓度为10%,25℃,250r/min,反应4h再静置12h,再搅拌反应4h即可将底物反应完全。获得粗果糖液采用95%乙醇醇沉,乙醇添加量为3倍反应液体积。降解低聚糖采用添加右旋糖酐酶1mL/100mL反应液反应70min,除去低聚糖游离果糖采用膜过滤法,水膜的规格为50mm,孔径0.22μm的微孔滤膜。最后综合考虑可以整体采用1倍体积95%乙醇醇沉,然后微孔滤膜过滤除去低聚糖,42℃悬蒸除去乙醇及水分可获得色泽透明,纯度较高的高果糖浆。
在获得高果糖浆的基础上,对果糖的结晶工艺进行了初步研究。研究主要采用目前主流的水/乙醇体系作为结晶体系,从保温温度,保温时间,搅拌速率,降温速率,晶种添加量等因素出发,确定了其一般结晶工艺为保温温度为60℃,保温时间为2h,保温时搅拌速率为100r/min,降温速率为0.5℃/h,晶种添加量为相对于糖浆质量的2%,结晶时的搅拌速率为120r/min。在此种情况下的结晶时间在48h内,结晶率为63.48%。
最后对所获得的果糖晶体进行了检测分析。通过不同的分析方法综合确定了所制备的晶体为果糖晶体,色泽纯净,纯度符合相关标准。本研究提供了工业化酶法制备高纯度的果糖提供了数据支持,并为果糖结晶的工业生产了提供了基础。