微枝形杆菌来源的淀粉分支酶McGBE的特性及应用性评估

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淀粉分支酶(EC 2.4.1.18)属于糖苷水解酶13家族,作为一种糖基转移酶能够水解α-1,4糖苷键产生非还原性末端的糖链,再通过转移酶活性将游离糖链的C1端连接到邻近的葡萄糖单元的C6位置上,形成新的α-1,6糖苷键,从而改变淀粉的支链结构和分支化程度。通过改变淀粉的分支度影响淀粉的特性,使得淀粉分支酶成为一种重要的淀粉加工用酶。本论文对微枝形杆菌Microvirga sp.MC18来源的一种高效淀粉分支酶McGBE的催化特性进行了研究,并评估了其在淀粉改性中的应用。利用Escherichia coli BL21(DE3)重组表达系统对该淀粉分支酶进行异源表达,获得了纯化的异源表达重组蛋白McGBE。McGBE处理降低了淀粉中α-1,4糖苷键含量,而α-1,6糖苷键含量明显增加,表明McGBE具有高效的催化效率,是一种典型的淀粉分支酶类。该酶的最适催化温度为45℃,最适pH 9.0,最适底物为马铃薯淀粉,在最适反应条件下,该酶比酶活为791.3 U/mg。酶处理淀粉的侧链分析结果表明,McGBE处理能够显著提高聚合度(Degree of polymerization,DP)<13的分支链含量。McGBE处理马铃薯淀粉后,使得酶处理的马铃薯淀粉中产生DP<13的分支链含量增加,这与多数已报道的淀粉分支酶的特性类似。基于淀粉分支酶对淀粉结构的影响,本研究对McGBE处理在提高淀粉的抗老化性质以及慢消化淀粉含量方面的作用进行评估。红外光谱、差示扫描量热法等多种结构表征方法显示,分支酶McGBE处理可以改变淀粉颗粒的分子结构,降低老化过程中形成的氢键数量,从而延缓马铃薯淀粉的回生行为。McGBE处理后淀粉中慢消化淀粉(Slowly digestible starch,SDS)的含量从原始的22.5%增加到33.5%。为了进一步优化提高淀粉中SDS含量的分支酶处理条件,通过正交试验,确定了淀粉改性的最适酶处理条件为:反应温度30℃,反应时间11 h,酶添加量为150mg McGBE/1 kg淀粉,反应体系pH 7.0。以最优条件制备的改性淀粉中慢消化淀粉的含量与对照相比提高至174%。本研究为改性淀粉的酶法制备提供了高效的酶资源,同时也为淀粉分支酶在淀粉加工领域的应用提供了技术支撑。
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