天蓝色链霉菌漆酶催化乳清分离蛋白交联对其成膜和凝胶性能的影响

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漆酶(laccase,E.C1.10.3.2)能够催化多种有机底物的单电子氧化,同时将分子氧还原成水。真菌漆酶因其在工业中的应用而得到广泛的开发。近年来,细菌漆酶的作用越来越突出,是因为细菌漆酶能够更好的在社会工业应用方面的几个特点,包括热稳定性好并且能够在碱性条件下氧化底物。与真菌漆酶相比,细菌漆酶发酵时间短、易于遗传操作,在异源系统表达更有优势。
  本文将天蓝色链霉菌漆酶(SIAC)基因克隆并在大肠杆菌中异源表达,利用镍柱和分子筛进行纯化,获得纯酶。研究了天蓝色链霉菌漆酶催化乳清分离蛋白(WPI)交联,分别从WPI溶液的性质的变化,对WPI成膜性能和对WPI凝胶性能的影响进行研究。主要研究结果分述如下:
  1.天蓝色链霉菌漆酶发酵纯化与催化乳清分离蛋白交联
  首先,将天蓝色链霉菌漆酶基因克隆并在大肠杆菌中异源表达。将表达后的酶进行镍柱、分子筛纯化,得到了纯酶。利用酶催化作用,将其应用到WPI溶液中,使得WPI的结构和功能性质发生了变化。SLAC处理后WPI的主要组分α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的含量降低并在蛋白胶上端产生了高分子聚合物,通过β-巯基乙醇的加入发现α-乳白蛋白和β-乳球蛋白还有部分聚合物没有被还原,说明这些聚合物大部分都是通过二硫键连接在一起的,还有少部分蛋白聚集体以更牢固的共价键连接,证实了天蓝色链霉菌漆酶催化WPI的作用。粒径分布结果表明,SLAC处理的WPI样品中形成了一些相对分子质量较高的配合物。根据圆二色谱结果,SLAC处理后α-螺旋含量下降,β-折叠和无规则卷含量增加,说明WPI的二级结构发生了一些变化。溶液的黏度增加,表面张力增加。巯基含量降低,羰基含量增加。这个结果和聚丙烯酰胺凝胶电泳的结果相符。另外,蛋白的功能性质发生了一些变化。WPI溶液的起泡性从41%最高提高到47%,乳化性从20.7%最高增加到25.4%。但是泡沫稳定性和乳化稳定性却有所下降。
  2.天蓝色链霉菌漆酶催化乳清分离蛋白交联对其成膜性能的影响
  天蓝色链霉菌漆酶在无酚酸辅助下催化WPI,通过对WPI在90℃加热30min进行预处理使得WPI变得分散容易受到天蓝色链霉菌漆酶的作用,然后在60℃下加入天蓝色链霉菌漆酶催化反应10min,再在沸水浴中煮10min使反应终止。傅里叶变换红外光谱分析表明,SLAC处理后WPI中酰胺区发生了一些构象变化。对SLAC处理后的WPI膜性质进行了测定,结果表明,WPI膜性能均有改善。膜的拉伸强度增加断裂伸长率降低,对水蒸气、氧和二氧化碳阻隔能力提高。膜颜色是无色透明的,经过酶催化后膜的颜色偏黄、膜的透光性下降、透明性增加,热学性能更加稳定等。扫描电镜可以看出与对照膜相比,SLAC处理后WPI膜的表面更加紧密。本研究表明漆酶能直接催化蛋白质交联,这对提高蛋白质可食膜的性能有一定的意义。
  3.天蓝色链霉菌漆酶催化乳清分离蛋白交联对其成胶性能的影响
  以天蓝色链霉菌漆酶(SLAC)为催化剂,在60℃条件下,在不同酶活(0-20U)下,对乳清分离蛋白(WPI)溶液(5%w/v,90℃,30min)进行了催化。加入葡萄糖酸内酯形成了质地均匀的凝胶。流变学结果表明,SLAC改性WPI凝胶能提高WPI溶液的表观度并延长凝胶时间。SLAC处理提高了WPI凝胶的硬度,弹性和WPI凝胶的持水能力。冷冻电镜显示松散的凝胶网络(16U)与对照相比(0U)。这表明在凝胶化过程中氨基酸的相互作用,通过离子相互作用导致高的持水率。凝胶干燥过程中,凝胶失水,结构变得疏松。
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