论文部分内容阅读
β-1,4-甘露聚糖酶是生物降解半纤维素中甘露聚糖或异甘露聚糖的关键酶,在工业应用中发挥着重要作用,特别是在低温油藏压裂液破胶方面展现了巨大的应用潜力。针对传统β-1,4-甘露聚糖酶产量低、低温活性较差的问题,本研究以一株产β-甘露聚糖酶的枯草芽孢杆菌为出发菌株,对其所产甘露聚糖酶进行了酶学性质表征、基因克隆与异源表达及低温生物破胶的性能评价,主要取得以下研究结果: 以瓜尔胶为底物对枯草芽孢杆菌TD7所产的甘露聚糖酶YBMan进行酶学性质表征。结果显示,YBMan温度适用范围为15-75℃,最适温度为65℃,且在20℃仍呈现约70%的相对活性。由此表明该酶温度适用范围宽,具有显著的低温活性,为典型的低温高活性β-甘露聚糖酶。 通过基因组序列分析确定了枯草芽孢杆菌TD7中编码β-甘露聚糖酶的基因序列,全长为1104 bp。利用分子生物学手段在大肠杆菌中克隆并高效表达了该基因,获得重组甘露聚糖酶TBMan-1。通过摇瓶培养制备得到TBMan-1粗酶液,相比于枯草芽孢杆菌TD7,酶产量提高了5.6倍,比活性(粗酶液)提高了6.4倍,总酶活性提高了35.8倍。酶学性质结果显示,重组酶TBMan-1的最适温度仍为65℃,但低温活性高于野生型酶YBMan,可在20℃时保留约80%的相对活性。该酶以瓜尔胶为底物所表现出低温下的优良性能,目前尚未见报道。 针对工业应用,以水基压裂液为底物对重组酶TBMan-1的破胶性能进行了系统评价,发现TBMan-1在温度10-60℃,pH5-8及盐浓度低于4.5 M时具有良好的破胶性能,可在3h内将压裂液粘度降至5 mPa·s以下。在20℃和65℃时,TBMan-1作用后的破胶液分子量Mw分别为57698与59130,残渣量分别为356.5与465.2 mg/L,表现出了在工业体系条件下优良的低温活性。 本研究构建了高产低温高活性β-甘露聚糖酶的大肠杆菌重组菌,系统评价了重组酶性能,为该酶的工业化应用,尤其在低温油藏压裂液破胶方面奠定了良好的基础。