普洱茶中产漆酶黑曲霉菌株(Aspergillus niger trijb11102)的分离鉴定及酶特性研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:RedLenov
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普洱茶是以云南大叶种茶叶[Camellia sinensis(L.) Q.kuntze]的晒青毛茶为原料,经微生物参与的后发酵工艺生产而成的。由于其具有独特的风味和抗动脉硬化、降血糖以及减肥等诸多保健功效而热销于东南亚市场,受到了国内外研究者的普遍关注。  黑曲霉(Aspergillus niger)是普洱茶渥堆发酵过程中占绝对优势的微生物,它对普洱茶品质的形成具有重要作用。黑曲霉可以产生多种酶类,其中包括多酚氧化酶、纤维素酶、蛋白酶、果胶酶和多种糖化酶等。多酚氧化酶包括漆酶、酪氨酸酶和儿茶酚酶三大类,它们与普洱茶渥堆发酵过程中茶色素的形成以及茶叶品质的形成密切相关。因此,研究普洱茶渥堆发酵过程中黑曲霉的种类及其所产多酚氧化酶的特性,具有重要的学术意义和实际应用价值。  在多酚氧化酶中,漆酶具有非常广泛的底物选择性,在食品、纺织、造纸、化工和环保等行业中具有重要的应用价值。  本论文从普洱茶中筛选到一株高产漆酶的菌株,鉴定为A.niger trijbl1102;优化了其发酵产漆酶培养基组分、培养条件,并对该漆酶进行了分离纯化、性质分析;优化了A.niger trijbl1102所产漆酶对表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)的酶促氧化条件,并对A.niger trijbl1102在普洱茶发酵过程中的应用进行了研究。具体研究内容及结果如下:  1.利用平板初筛和摇瓶复筛,从来自中国云南的普洱茶茶叶中筛选到一株产漆酶的菌株。根据形态特征和内部转录间隔区(ITS) rDNA序列分析,将该菌株鉴定为黑曲霉,命名为A.nigertrijbl1102。其5.8SrDNA的GenBank登录号为JN967013。  2.运用单因素实验和响应面分析的方法,对A.niger trijbl1102的发酵产漆酶培养基成分和培养条件进行优化。发酵培养基最佳成分为:麦芽糖20g/L、大豆蛋白胨2.01 g/L、酵母粉1.17 g/L、CuSO4·5H2O0.15 mmol/L、MgSO4·7H2O0.198 g/L。最佳培养条件为:培养基初始pH5.6、250 mL摇瓶装液量50mL、接种量4%、发酵温度30℃。在此发酵条件下,漆酶酶活力达到263.75 U/mL,是优化前的16.16倍。在此基础上,进行3.6 L发酵罐放大实验,漆酶产量达到328.92 U/mL,是优化前的20.15倍。  3.通过硫酸铵盐析、透析、HiTrap DEAE阴离子交换层析、HiTrap Phenyl HP疏水层析以及Superdex75凝胶过滤层析,对A.niger trijbl1102漆酶进行分离纯化。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)显示该漆酶为单体蛋白,分子量为52 kDa。A.niger trijbl1102漆酶的最适反应pH和温度分别为3.0和70℃。同时,纯化后漆酶在pH2.5~5.5和低于50℃范围内稳定。Mg2+、Mn2+、Cu2和乙二胺四乙酸(EDTA)对漆酶活力有轻微的激活作用,而NaN3和二硫苏糖醇(DTT)能够完全抑制漆酶活力。A.niger trijbl1102漆酶作用于最适底物2,2-连氮-双(3-乙基苯并二氢噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)的米氏常数(Km)和催化效率(kcat/Km)分别为795.9μmol/L和0.48 L/(μmol·s)。  4.对A.niger trijbl1102漆酶酶促氧化EGCG的条件进行了优化,并系统分析了EGCG氧化产物的组成和含量。在A.niger trijbl1102漆酶浓度为0.6 U/μL,底物EGCG浓度为1 mmol/L,反应温度为70℃,自然pH条件下,反应150 min时,EGCG的转化率达到最大值。在此条件下,氧化产物中儿茶素(黄烷醇)、没食子酸(GA)和茶色素的含量分别为48.42%、12.71%和38.87%。  5.将A.niger trijbl1102菌株接种到普洱茶原料中进行固态发酵,每克普洱茶接种量分别为6.5×106个孢子(L组)和1.3×107个孢子(LL组),自然发酵(N组)作为对照。在普洱茶发酵结束时,漆酶活力为LL组>L组>N组;生物量为N组>L组>LL组;茶多酚转化率为L组>LL组>N组;GA生成率为N组>L组≈LL组;咖啡碱(Caf)转化率为L组>LL组>N组;茶黄素(TF)转化率为LL组>L组>N组;茶红素(TR)转化率为LL组>L组>N组;茶褐素(TB)转化率为LL组>L组>N组。发酵后普洱茶中的伏马菌毒素、赭曲霉素A和黄曲霉毒素B1含量均低于国标的限量标准。
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