海藻酸钠裂解酶的发酵及海带酶解工艺条件优化

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海藻酸钠又名褐藻胶,是一种天然的高分子多糖,是海带、马尾藻、巨藻等海藻细胞壁和细胞质的重要组成部分。海藻酸钠裂解酶可通过底物的非还原末端的β消去机制降解褐藻胶,将褐藻胶降解为褐藻寡糖。褐藻寡糖是一种功能性低聚寡糖,海藻寡糖制备的海藻肥有着改良土壤环境、提高光合作用,提高作物抗逆性等优势,因而褐藻寡糖的应用日益受到人们的关注。本文利用基因重组的毕赤酵母表达外源蛋白,优化发酵条件,高效生产海藻酸钠裂解酶。同时将发酵表达的海藻酸钠裂解酶应用到海藻酶解的工艺中,为海藻酸钠裂解酶的工业生产及海藻资源的开发提供科学依据。论文主要研究成果如下:1、本文以酶促反应动力学理论为指导建立了准确、高效的海藻酸钠裂解酶酶活测定方法。底物可配制为:100mmol/L磷酸钠缓冲液(p H 7.0),2.2%海藻酸钠,0.43g/L氯化钾。酶活测量方法为:取300μL底物加入50μL稀释至2.4-30U/m L的酶液,于37℃水浴反应20min后用冰浴终止反应,反应液稀释20倍后在235nm处测定吸光度。精密性试验表明,此方法重复试验的相对标准偏差小于5%。2、通过摇瓶发酵实验对毕赤酵母表达条件的优化,结果分析得知发酵培养基的最适合p H为6;发酵过程中最适合的装液量为30m L/250m L;无机盐培养基BSM中可不需要额外添加蛋白胨和干酪素来抑制蛋白酶降解外源蛋白;作为发酵诱导剂的甲醇最适补料方式为发酵2h后补甲醇0.5%,14 h后补甲醇1%,之后每隔24h补加甲醇1.5%。3、在前期研究基础上,开展发酵罐条件下发酵表达海藻酸钠裂解酶的放大研究。甘油-甲醇补料比甲醇单独补料酶活提高了97.4%;采用甲醇/甘油共混(二者质量比为1:1)补料产酶量再提高106.5%,酶浓度达到105.3U/m L。根据尾气中二氧化碳浓度反馈控制甲醇/甘油共混补料速率,产酶量进一步提高了46.4%,达到154.2U/ml。4、木聚糖酶能破坏海带细胞壁成分,利用木聚糖酶和海藻酸钠裂解酶配制的复合酶降解海带,降解后海带上清液的还原糖含量比海藻酸钠裂解酶单酶水解提高了93%。复合酶水解海藻的最佳工艺条件为软化时间40min,酶解时间90min,复合酶加酶量为海带干重质量的2%,p H7,温度40℃,料液比1:14。该条件下复合酶酶解海藻的还原糖得率能到达83.62±2.01 mg/g。
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