β-葡萄糖苷酶高产菌株Peni-1的产酶优化、菌种改造及应用研究

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p-葡萄糖苷酶(E.C3.2.1.21.)能够水解糖苷键,从糖苷或寡糖上释放非还原的末端葡萄糖残基。这些酶在古细菌、真细菌和真核生物中广泛存在,并发挥着许多重要的生物学功能,包括微生物的生物质转化,在动物中糖脂和外源糖苷的分解,细胞壁寡糖的分解代谢和木质化,生物防御,植物激素的激活,植物香气的释放等。近年来p-葡萄糖苷酶的研究和开发成为生物技术领域的热点,它们已在造纸、印染、纺织、医药、食品、饲料、石油开采及生物技术研究等多方面得到了广泛的应用,发展前景广阔。因此本研究的主要目的是通过对本实验室筛选到的一株斜卧青霉Peni-1的发酵条件优化和育种改造,旨在解决目前β-葡萄糖苷酶产量较低、成本高等问题,提供更好的高产p-葡萄糖苷酶的优良的工业菌株。本论文的主要研究结果如下:(1)以斜卧青霉Peni-1为p-葡萄糖苷酶生产菌种,在摇瓶和7.5L发酵罐水平上对其液态发酵条件进行了优化。在摇瓶试验中,通过单因素实验,分析了装液量、碳源、氮源、麸皮用量、pH、补料和表面活性剂对产酶的影响,得到了产酶的最佳培养基条件是:麦麸3%,麦草粉3%,微晶纤维素0.6%,(NH4)2SO40.4%,KH2P040.1%,MgS040.05%,CaCl20.05%,微量离子液1.0ml/L培养基,吐温-800.2%,初始pH3.5。最佳产酶发酵条件:装液量40mL/300mL摇瓶,摇床转速200rpm,培养温度30℃,在第3d补加0.5g麸皮和0.2%(NH4)2SO4,培养时间5d。在7.5L发酵罐水平上,分析了种子培养条件、转速、通气量、DO、pH、中期补氮、高底物浓度、变温和瞬时刷料对产酶的影响,得到产酶的最佳条件是:在基本初始培养基基础上,调整麸皮和麦草粉用量各为4%;培养温度0-48h30℃,48h至发酵结束28℃;初始通气量1.5SLPM,初始搅拌转速300rpm,调整通气量和搅拌转速保证DO不低于30%;发酵中后期控制pH不低于3,不高于3.5;48h补加0.2%(NH4)2SO4;间隔一定时间,瞬时提高转速冲刷粘料。(2)以斜卧青霉Peni-1为出发菌株,应用DES-UV复合诱变和等离子体诱变技术对其进行了诱变育种通过DES-UV复合诱变和等离子体诱变技术对斜卧青霉Peni-1进行处理,得到了2株p-葡萄糖苷酶高产菌株D10042804和D10050110,其p-葡萄糖苷酶酶活分别比出发菌株提高了33.5%和26.5%。(3)应用cbhl强启动子构建了bgl基因过表达盒,在斜卧青霉Peni-1中进行了p-葡萄糖苷酶的过表达。克隆了斜卧青霉114-2cel7A-2的启动子(cbhl强启动子)和斜卧青霉Peni-1的bgl基因,以硫胺素基因为抗性标记,通过融合PCR连接基因片段构建bgl过表达盒,并将其通过PEG-CaCl2法转化斜卧青霉Peni-1原生质体,得到了转化株。(4)利用p-葡萄糖苷酶转化虎杖中的白藜芦醇苷生产白藜芦醇进行了工艺条件优化首先,利用β-葡萄糖苷酶粗酶液转化虎杖中的白藜芦醇苷生产白藜芦醇进行了工艺条件优化,得到了最佳酶解和提取条件为:酶解固液比为1:15,酶用量为5IU/g虎杖粉,体系初始pH为4.8,旋转培养器50rpm,50℃酶解2.5h。酶解后提取乙醇终浓度为50%,提取固液比1:30,提取两次,每次2h。东北虎杖的白藜芦醇最大得率为16mg/g。然后,制备了β-葡萄糖苷酶固定化酶,在优化后的条件下酶法转化提取了虎杖中的白藜芦醇。两种方法均得到了较高的产量。
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