磷脂酶A1的发酵制备、分离纯化及催化特性的研究

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酶法脱胶是油脂精炼过程中的一种生化脱胶技术,相比传统脱胶方法,具有高效、绿色环保等优点。目前市场上使用的磷脂酶存在反应条件要求严格,不能回收利用等问题,限制了磷脂酶在工业生产中的应用。本研究以实验室保存的Bacillus cereus sp. AF-1为出发菌株,以提高发酵液磷脂酶活力为目的,优化发酵工艺得到较高酶活力的粗酶液,通过分离纯化得到磷脂酶并对其性质进行分析评价;采用化学修饰、固定化等方法来提高磷脂酶的稳定性和重复使用性,以期为磷脂酶的开发利用探索新的途径。主要研究内容与结果如下:1.采用NaOH滴定法测定磷脂酶活力,通过单因素实验和响应面实验优化,确定磷脂酶活力测定的最优条件为:底物质量浓度4g/100mL、反应终点pH值9.0、酶液稀释倍数100倍、反应pH值5.1、反应温度53℃、反应时间8min。结果表明NaOH滴定法是一种准确、快捷的测定磷脂酶活力的方法。2.以Bacillus cereus sp. AF-1为出发菌株,采用发酵法得到粗酶液,通过对培养基组成和发酵工艺条件的优化,并从摇瓶水平扩大到15L发酵罐水平,得到的最佳培养基为:葡萄糖浓度为2%,蛋白胨浓度为3%,无机盐的组成为:Na2HPO4·12H2O1.5%,KH2PO4·2H2O0.3%,MgSO4·7H2O0.06%,CaCl20.01%;15L发酵罐最佳发酵条件为:发酵时间为30h、发酵温度为35℃、发酵液pH为7.5、接种量为10%、通气量为0.3m3/h。此条件下得到的粗酶液酶活力为41.57U/mL。3.粗酶液通过硫酸铵沉淀及透析、DEAE-52离子交换层析、葡聚糖凝胶G-75凝胶层析等方法进行分离纯化,得到的磷脂酶类型为PLA1,其分子量为20kD,酶活力为1195.24U/mg,磷脂酶A1的Km和Vmax分别为11.11mg/mL和1.302mmol/L mg;最佳作用温度和pH值分别为35℃和7.5;4℃下贮藏5周,磷脂酶的酶活力没有变化,贮藏8周,能保持90%以上的酶活力。4.采用化学修饰剂CC-mPEG对磷脂酶进行修饰,当修饰率为14%,酶活力回收率为88.75%时,得到的修饰酶MPLA1分子量约为25kD,MPLA1的热稳定性、pH稳定性、对底物的亲和力以及催化效率都得到了提高。酶在337nm处最大荧光强度的降低和圆二色谱β-折叠的降低和回转的升高,从MPLA1结构上进一步说明了修饰酶比PLA1具有更好的稳定性。5.采用聚乙烯醇-海藻酸钠为载体,以固定化酶的活力,酶活力回收率和稳定性等参数为主要评价指标,对磷脂酶进行固定化,确定最佳工艺条件为:载体聚乙烯醇和海藻酸钠的浓度分别为10%和2%,交联剂硼酸和氯化钙的浓度分别为4%和2%,固定化时间为30min,酶的添加量为10mg/100g,固定化酶(IPLA1)的粒径为4mm;相比游离酶,IPLA1的最佳作用温度和pH值以及热稳定性和pH稳定性较游离酶得到提高;IPLA1重复使用8次,剩余酶活力仍然超过50%;在4℃下贮藏9周,IPLA1能保持90%以上的酶活力。6.粗酶、纯化后的磷脂酶(PLA1)、修饰酶(MPLA1)和固定化酶(IPLA1)用于菜籽毛油脱胶,以毛油中磷含量为依据,对四种酶的脱胶效果进行比较,研究结果表明:粗酶能将毛油中磷含量降低到10mg/kg以下,但酶的使用量和作用时间均高于其他三种酶;当添加量为480U/kg,处理3h时,PLA1和IPLA1将毛油中磷的含量降低到10mg/kg以下,MPLA1将毛油中磷的含量降低到5mg/kg以下。PLA1经化学修饰和固定化后得到的MPLA1和IPLA1具有较好的脱胶效果。
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