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几丁质是由N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的多聚物,年生物合成量近1011吨,在自然界中含量仅次于纤维素和木质素。目前,几丁质的降解产物越来越受到大家的关注。其降解产物几丁寡糖在农业、食品、化工、医疗等领域具有独特的生理功能而日益受到重视。
几丁质酶(EC3.2.1.14)是一组能够催化降解几丁质的组合水解酶系。近年来,由于内切几丁质酶能催化几丁质生产几丁寡糖,从而在全球范围内受到了广泛的关注。但是,从自然界中分离到的菌株产内切几丁质酶的量很低,不能满足大规模的工业化生产。因此,为了大规模的生产内切几丁质酶必需得提高菌株的产量。
本研究从以前构建的质粒pMD19-ECH中克隆了编码内切几丁质酶的cDNA序列,并将其连接到表达载体pPIC9K上,形成重组质粒pPIC9K-ECH42。将该质粒经Bpu1102Ⅰ线性化处理并电击转化巴斯德毕赤酵母GS115,筛选获得了能够高效表达内切几丁质酶的转化子ZJGSU02。SDS-PAGE及酶谱分析显示该重组内切几丁质酶分子量约为45kDa。
在摇瓶水平上考察了重组巴斯德毕赤酵母基因工程菌ZJGSU02生产内切几丁质酶的最佳条件。为了提高重组内切几丁质酶表达量,分别优化了甲醇、油酸、表面活性剂、微量元素、pH值、菌体浓度、装液量及诱导时间。实验结果表明:甲醇的最佳诱导浓度为0.5%;添加0.05%的油酸、0.4%的Tween-80、0.6%的PTM1明显有利于重组内切几丁质酶的表达;重组菌产内切几丁质酶的最佳pH值、菌体浓度和装液量分别为6.0,3∶1和25mL/100mL。
接着,通过Plackett-Burman和Box-Behnken实验设计优化了培养条件。最佳培养基配方为:2.45%酵母膏、2.00%蛋白胨、0.50%YNB、100mM磷酸缓冲液(pH6.0)、0.50%甲醇、0.17%油酸、0.62%Tween-80、0.40%PTM1、4.00×10-5%生物素。在最佳培养条件下,经诱导培养后重组毕赤酵母产内切几丁质酶活达到88.26U/mL。在上述最优化培养条件下培养72h时内切几丁质酶活最高,酶活为89.3U/mL。
在摇瓶最佳培养条件下,我们对重组巴斯德毕赤酵母工程菌进行了诱导培养并且探索了粉末几丁质及壳聚糖的最佳降解工艺条件。实验结果表明:粉末几丁质的最佳浓度为4%,最适反应pH值和温度分别为7.0和30℃,最佳反应时间为10h且还原糖含量为398.4μg/mL。壳聚糖的最佳浓度为4%,最适反应pH值和温度分别为7.0和30℃,最佳反应时间为12h且还原糖含量为154.4μg/mL。