β-果糖基转移酶和β-呋喃果糖苷酶的分离纯化及其在FOS生产中的应用

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低聚果糖(FOS)因其具有高效增殖双歧杆菌、排毒洁肠、低卡值防龋齿和改善脂质代谢(降血脂及胆固醇)等优异性能,逐渐受到消费者的青睐。β-果糖基转移酶(FTS)和β-呋喃果糖苷酶(FFS)分别起到催化蔗糖生产FOS和水解蔗糖、FOS的作用。作者以米曲霉GX1100产FTS和FFS为研究对象,做了如下工作:1.在500ml摇瓶,200ml装液量条件下,综合考虑了不同种类和浓度的碳源、氮源、微量元素以及温度、pH值、摇床转速等对产酶的影响,通过正交设计与单因素实验结合的方法,得出产FTS优良菌株米曲霉GX0011的最佳培养条件为:蔗糖24g/L,酵母0.5%(w/v),K2SO40.1%,接种量3%,培养温度29℃,培养时间32h,摇床转速170rpm,PH6.5。FTS的平均最大产酶为16.928U/ml培养基,是优化前的5倍。2.依次通过热变性、硫酸铵分级沉淀以及DEAE-Sephadex A-50(1)、Octyl-Sepharose Cl-4B、Sephacryl S-300、DEAE-Sephadex A-50(2)等柱层析步骤,得到了电泳纯的FTS和FFS,FTS的纯化倍数、比活和回收率分别为121.7倍,1975U/mg和17%,FFS则相应为396.4倍,983U/mg和7%。从SDS-PAGE电泳检测结果计算得到FTS的亚基表观分子量为51kDa,FFS的亚基表观分子量为31kDa。不扩散的清晰条带以及较小的分子量,说明该FTS只是普通的蛋白质酶类,不是糖蛋白。酶活测定表明转果糖基作用和水解糖苷键作用分属FTS、FFS两个酶完成。3.FTS的最适反应温度和pH值分别为40℃、5.5;而FFS对应为pH4.0、55℃。在pH5.5~7.5和小于45℃时,FTS较稳定;FFS在pH3.0~5.0和小于60℃时,活力保持较好。对FTS的动力学研究可知,Km和Vmax分别为240.530g/L、2.217g/L/min。葡萄糖是该FTS的竞争性抑制剂,K;173.472 g/L。FFS的Vmax禾口Km分另0为0.2585 g/L/min和10.5719g/L,果糖是该FFS的竞争性抑制剂,K;3.664g/L。FTS在10%和50%蔗糖浓度时的最大FOS产率分别为57.47%、62.85%。另外,作者还研究了常见碱金属,碱土金属,过渡金属离子以及络合剂,变性剂对FTS和FFS的影响,未发现明显的激活剂。4.根据FTS活性基团化学修饰的结果,在有无底物保护条件下,苯甲磺酸氟(PMSF)、N-溴代二酰亚胺(NBs)、1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)均能显著抑制FTS的活力,并且活力的下降与修饰剂的浓度基本呈线性关系,而2,4,6-三硝基苯磺酸钠(TNBS)对该酶活力的抑制在有无底物保护情况下结果相同。因此,推测FTS活性中心可能包括丝氨酸残基,色氨酸残基,天冬氨酸(谷氨酸)残基,而赖氨酸残基对酶活有一定影响,可能与维系酶活性中心构象有关。它们的IC50分别为27.08 mmol/L、5.50 mmol/L、25.86 mmol/L和18.59mmol/L。5.实验结果表明,乙醇和复合抑制剂A、B在基本保持或提高FTS活力条件下,抑制FFS活力效果显著。研究发现,在特定频率下,分别用(A+300)W、20min或(A+700)W、5min超声波处理粗酶液时,均使FTS活力保持97%左右的同时,使FFS活力损失约57%。在10%、50%蔗糖底物时,FOS最大含量分别达55.72%和62.15%,结果和纯FTS的相当,却比破碎后粗酶反应平均结果47.3%、53.5%高很多。
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