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高产β-葡聚糖酶里氏木霉的诱变选育、酶学性质及体外模拟消化研究

来源:   作者: 发布日期:2022-11-28 访问量:774

β-葡聚糖酶是能水解谷物中葡聚糖的酶类总称,主要包括 β-(1,3-1,4)-葡聚糖酶,内切和外切 β- 1,3-葡聚糖酶,内切和外切 β-1,4-葡聚糖酶。啤酒酿造中,β-葡聚糖酶可解决大麦中葡聚糖引起的麦汁和啤酒过滤速度慢等问题。大麦型饲料中添加 β-葡聚糖酶能够消除其胚乳细胞壁中的抗营养因子,提高营养物质利用率,影响动物肠道结构及微生物区系,增强机体免疫力。

目前 β-葡聚糖酶工业生产中一直存在酶活低、成本高、热稳定差等问题,里氏木霉具有菌株安全无毒、酶系丰富、胞外酶易分离纯化等优点,常作为葡聚糖酶工业化生产的重要菌株。选育出稳定遗传高 β-葡聚糖酶活且酶热稳定性良好的菌株是国内外学者的研究热点。常压室温等离子体(ARTP)技术诱变节杆菌KQ11 获得突变株 4-13,其 β-葡聚糖酶活为 6.27 U/mL,是原始菌株的 1.5 倍。里氏木霉GIMCC 3.498 β-葡聚糖酶活为78.83 U/mL,为已报道里氏木霉高产 β-葡聚糖酶菌株。

近日,新疆大学袁华伟、霍向东团队通过ARTP随机突变技术诱变里氏木霉,经初筛、复筛、遗传稳定性及酶学特性表征,显著提高该菌株的β-葡聚糖酶活,相关研究以“高产β-葡聚糖酶里氏木霉的诱变选育、酶学性质及体外模拟消化研究”为题发表在《食品与发酵工业》上。

研究团队获得高产β- 葡聚糖酶的突变株株,该突变株 ARTP-9 较出发菌株β-葡聚糖酶活提高54.38%,为 43.75 U/mL,产酶能力稳定遗传,酶的最适反应温度及 pH 分别为 50℃和6.0,耐受温度范围为40~80℃,pH 2.5~6.5范围内酶活稳定,Fe2 +Mg2 +对酶活有促进作用,Fe3 + Mn2 + Zn2 + Ca2 + Cu2 + 对酶活有抑制作用。以β-葡聚糖为底物,该粗酶的 Km 值和 Vm a x 值分别为 1.59 mg/mL 6.99 μmol/(mg·min)。体外模拟消化实验表明,ARTP-9 固态发酵酶制剂在胃期 4 h 黏度最低,为 2.23 mPa·s;肠期 21 h 还原糖为 0.70 mg/mL,是空白的 3.2 倍,差异显著(P<0.05),其大麦粉体外消化率为 48.17%,较空白提升 9.02%,差异极显著(P<0.01)。研究结果表明 ARTP 诱变技术能够显著提高里氏木霉 β-葡聚糖酶活,为其工业化生产奠定基础。

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背景信息
研究团队所使用的ARTP诱变育种仪是天木生物联合清华大学相关团队共同开发的世界上首台利用等离子体手段对微生物进行诱变育种的专用仪器。该仪器突变率高,并且结构紧凑、操作简便、安全性高、诱变速度快,一次性诱变操作(数分钟以内)即可获得大量突变库,极大地提高了菌种突变强度和突变库数量;ARTP技术结合高通量筛选技术,可实现对生物快速高效的进化育种。
常压室温等离子体(ARTP)同传统的低压气体放电等离子体源相比,具有等离子体射流温度低、放电均匀、化学活性粒子浓度高等特点。该仪器可以用于原核生物(如酵母、放线菌等)、真核生物(如霉菌、酵母、藻类、高等真菌等),不同型号的设备可以处理不同的对象,如ARTP-P可以对植物(花粉、种子、胚芽),动物(受精卵、幼苗)等等。
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β-葡聚糖酶是能水解谷物中葡聚糖的酶类总称,主要包括 β-(1,3-1,4)-葡聚糖酶,内切和外切 β- 1,3-葡聚糖酶,内切和外切 β-1,4-葡聚糖酶。啤酒酿造中,β-葡聚糖酶可解决大麦中葡聚糖引起的麦汁和啤酒过滤速度慢等问题。大麦型饲料中添加 β-葡聚糖酶能够消除其胚乳细胞壁中的抗营养因子,提高营养物质利用率,影响动物肠道结构及微生物区系,增强机体免疫力。

目前 β-葡聚糖酶工业生产中一直存在酶活低、成本高、热稳定差等问题,里氏木霉具有菌株安全无毒、酶系丰富、胞外酶易分离纯化等优点,常作为葡聚糖酶工业化生产的重要菌株。选育出稳定遗传高 β-葡聚糖酶活且酶热稳定性良好的菌株是国内外学者的研究热点。常压室温等离子体(ARTP)技术诱变节杆菌KQ11 获得突变株 4-13,其 β-葡聚糖酶活为 6.27 U/mL,是原始菌株的 1.5 倍。里氏木霉GIMCC 3.498 β-葡聚糖酶活为78.83 U/mL,为已报道里氏木霉高产 β-葡聚糖酶菌株。

近日,新疆大学袁华伟、霍向东团队通过ARTP随机突变技术诱变里氏木霉,经初筛、复筛、遗传稳定性及酶学特性表征,显著提高该菌株的β-葡聚糖酶活,相关研究以“高产β-葡聚糖酶里氏木霉的诱变选育、酶学性质及体外模拟消化研究”为题发表在《食品与发酵工业》上。

研究团队获得高产β- 葡聚糖酶的突变株株,该突变株 ARTP-9 较出发菌株β-葡聚糖酶活提高54.38%,为 43.75 U/mL,产酶能力稳定遗传,酶的最适反应温度及 pH 分别为 50℃和6.0,耐受温度范围为40~80℃,pH 2.5~6.5范围内酶活稳定,Fe2 +Mg2 +对酶活有促进作用,Fe3 + Mn2 + Zn2 + Ca2 + Cu2 + 对酶活有抑制作用。以β-葡聚糖为底物,该粗酶的 Km 值和 Vm a x 值分别为 1.59 mg/mL 6.99 μmol/(mg·min)。体外模拟消化实验表明,ARTP-9 固态发酵酶制剂在胃期 4 h 黏度最低,为 2.23 mPa·s;肠期 21 h 还原糖为 0.70 mg/mL,是空白的 3.2 倍,差异显著(P<0.05),其大麦粉体外消化率为 48.17%,较空白提升 9.02%,差异极显著(P<0.01)。研究结果表明 ARTP 诱变技术能够显著提高里氏木霉 β-葡聚糖酶活,为其工业化生产奠定基础。

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背景信息
研究团队所使用的ARTP诱变育种仪是天木生物联合清华大学相关团队共同开发的世界上首台利用等离子体手段对微生物进行诱变育种的专用仪器。该仪器突变率高,并且结构紧凑、操作简便、安全性高、诱变速度快,一次性诱变操作(数分钟以内)即可获得大量突变库,极大地提高了菌种突变强度和突变库数量;ARTP技术结合高通量筛选技术,可实现对生物快速高效的进化育种。
常压室温等离子体(ARTP)同传统的低压气体放电等离子体源相比,具有等离子体射流温度低、放电均匀、化学活性粒子浓度高等特点。该仪器可以用于原核生物(如酵母、放线菌等)、真核生物(如霉菌、酵母、藻类、高等真菌等),不同型号的设备可以处理不同的对象,如ARTP-P可以对植物(花粉、种子、胚芽),动物(受精卵、幼苗)等等。
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