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      應(yīng)用案例
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      高產(chǎn)β-葡聚糖酶里氏木霉的誘變選育、酶學性質(zhì)及體外模擬消化研究

      來源:   作者: 發(fā)布日期:2022-11-28 訪問量:3613

      β-葡聚糖酶是能水解谷物中葡聚糖的酶類總稱,主要包括 β-(1,3-1,4)-葡聚糖酶,內(nèi)切和外切 β- 1,3-葡聚糖酶,內(nèi)切和外切 β-1,4-葡聚糖酶。啤酒釀造中,β-葡聚糖酶可解決大麥中葡聚糖引起的麥汁和啤酒過濾速度慢等問題。大麥型飼料中添加 β-葡聚糖酶能夠消除其胚乳細胞壁中的抗營養(yǎng)因子,提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率,影響動物腸道結(jié)構(gòu)及微生物區(qū)系,增強機體免疫力。

      目前 β-葡聚糖酶工業(yè)生產(chǎn)中一直存在酶活低、成本高、熱穩(wěn)定差等問題,里氏木霉具有菌株安全無毒、酶系豐富、胞外酶易分離純化等優(yōu)點,常作為葡聚糖酶工業(yè)化生產(chǎn)的重要菌株。選育出穩(wěn)定遺傳高 β-葡聚糖酶活且酶熱穩(wěn)定性良好的菌株是國內(nèi)外學者的研究熱點。常壓室溫等離子體(ARTP)技術(shù)誘變節(jié)桿菌KQ11 獲得突變株 4-13,其 β-葡聚糖酶活為 6.27 U/mL,是原始菌株的 1.5 倍。里氏木霉GIMCC 3.498 產(chǎn) β-葡聚糖酶活為78.83 U/mL,為已報道里氏木霉高產(chǎn) β-葡聚糖酶菌株。

      近日,新疆大學袁華偉、霍向東團隊通過ARTP隨機突變技術(shù)誘變里氏木霉,經(jīng)初篩、復篩、遺傳穩(wěn)定性及酶學特性表征,顯著提高該菌株的β-葡聚糖酶活,相關(guān)研究以“高產(chǎn)β-葡聚糖酶里氏木霉的誘變選育、酶學性質(zhì)及體外模擬消化研究”為題發(fā)表在《食品與發(fā)酵工業(yè)》上。

      研究團隊獲得高產(chǎn)β- 葡聚糖酶的突變株株,該突變株 ARTP-9 較出發(fā)菌株β-葡聚糖酶活提高54.38%,為 43.75 U/mL,產(chǎn)酶能力穩(wěn)定遺傳,酶的最適反應(yīng)溫度及 pH 分別為 50℃和6.0,耐受溫度范圍為40~80℃,pH 2.5~6.5范圍內(nèi)酶活穩(wěn)定,Fe2 +Mg2 +對酶活有促進作用,Fe3 + Mn2 + Zn2 + Ca2 + Cu2 + 對酶活有抑制作用。以β-葡聚糖為底物,該粗酶的 Km 值和 Vm a x 值分別為 1.59 mg/mL 6.99 μmol/(mg·min)。體外模擬消化實驗表明,ARTP-9 固態(tài)發(fā)酵酶制劑在胃期 4 h 黏度最低,為 2.23 mPa·s;腸期 21 h 還原糖為 0.70 mg/mL,是空白的 3.2 倍,差異顯著(P<0.05),其大麥粉體外消化率為 48.17%,較空白提升 9.02%,差異極顯著(P<0.01)。研究結(jié)果表明 ARTP 誘變技術(shù)能夠顯著提高里氏木霉 β-葡聚糖酶活,為其工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

      圖片1

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      圖片3

      背景信息
      研究團隊所使用的ARTP誘變育種儀是天木生物聯(lián)合清華大學相關(guān)團隊共同開發(fā)的世界上首臺利用等離子體手段對微生物進行誘變育種的專用儀器。該儀器突變率高,并且結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、安全性高、誘變速度快,一次性誘變操作(數(shù)分鐘以內(nèi))即可獲得大量突變庫,極大地提高了菌種突變強度和突變庫數(shù)量;ARTP技術(shù)結(jié)合高通量篩選技術(shù),可實現(xiàn)對生物快速高效的進化育種。
      常壓室溫等離子體(ARTP)同傳統(tǒng)的低壓氣體放電等離子體源相比,具有等離子體射流溫度低、放電均勻、化學活性粒子濃度高等特點。該儀器可以用于原核生物(如酵母、放線菌等)、真核生物(如霉菌、酵母、藻類、高等真菌等),不同型號的設(shè)備可以處理不同的對象,如ARTP-P可以對植物(花粉、種子、胚芽),動物(受精卵、幼苗)等等。
      圖片4


      β-葡聚糖酶是能水解谷物中葡聚糖的酶類總稱,主要包括 β-(1,3-1,4)-葡聚糖酶,內(nèi)切和外切 β- 1,3-葡聚糖酶,內(nèi)切和外切 β-1,4-葡聚糖酶。啤酒釀造中,β-葡聚糖酶可解決大麥中葡聚糖引起的麥汁和啤酒過濾速度慢等問題。大麥型飼料中添加 β-葡聚糖酶能夠消除其胚乳細胞壁中的抗營養(yǎng)因子,提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率,影響動物腸道結(jié)構(gòu)及微生物區(qū)系,增強機體免疫力。

      目前 β-葡聚糖酶工業(yè)生產(chǎn)中一直存在酶活低、成本高、熱穩(wěn)定差等問題,里氏木霉具有菌株安全無毒、酶系豐富、胞外酶易分離純化等優(yōu)點,常作為葡聚糖酶工業(yè)化生產(chǎn)的重要菌株。選育出穩(wěn)定遺傳高 β-葡聚糖酶活且酶熱穩(wěn)定性良好的菌株是國內(nèi)外學者的研究熱點。常壓室溫等離子體(ARTP)技術(shù)誘變節(jié)桿菌KQ11 獲得突變株 4-13,其 β-葡聚糖酶活為 6.27 U/mL,是原始菌株的 1.5 倍。里氏木霉GIMCC 3.498 產(chǎn) β-葡聚糖酶活為78.83 U/mL,為已報道里氏木霉高產(chǎn) β-葡聚糖酶菌株。

      近日,新疆大學袁華偉、霍向東團隊通過ARTP隨機突變技術(shù)誘變里氏木霉,經(jīng)初篩、復篩、遺傳穩(wěn)定性及酶學特性表征,顯著提高該菌株的β-葡聚糖酶活,相關(guān)研究以“高產(chǎn)β-葡聚糖酶里氏木霉的誘變選育、酶學性質(zhì)及體外模擬消化研究”為題發(fā)表在《食品與發(fā)酵工業(yè)》上。

      研究團隊獲得高產(chǎn)β- 葡聚糖酶的突變株株,該突變株 ARTP-9 較出發(fā)菌株β-葡聚糖酶活提高54.38%,為 43.75 U/mL,產(chǎn)酶能力穩(wěn)定遺傳,酶的最適反應(yīng)溫度及 pH 分別為 50℃和6.0,耐受溫度范圍為40~80℃,pH 2.5~6.5范圍內(nèi)酶活穩(wěn)定,Fe2 +Mg2 +對酶活有促進作用,Fe3 + Mn2 + Zn2 + Ca2 + Cu2 + 對酶活有抑制作用。以β-葡聚糖為底物,該粗酶的 Km 值和 Vm a x 值分別為 1.59 mg/mL 6.99 μmol/(mg·min)。體外模擬消化實驗表明,ARTP-9 固態(tài)發(fā)酵酶制劑在胃期 4 h 黏度最低,為 2.23 mPa·s;腸期 21 h 還原糖為 0.70 mg/mL,是空白的 3.2 倍,差異顯著(P<0.05),其大麥粉體外消化率為 48.17%,較空白提升 9.02%,差異極顯著(P<0.01)。研究結(jié)果表明 ARTP 誘變技術(shù)能夠顯著提高里氏木霉 β-葡聚糖酶活,為其工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

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      背景信息
      研究團隊所使用的ARTP誘變育種儀是天木生物聯(lián)合清華大學相關(guān)團隊共同開發(fā)的世界上首臺利用等離子體手段對微生物進行誘變育種的專用儀器。該儀器突變率高,并且結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、安全性高、誘變速度快,一次性誘變操作(數(shù)分鐘以內(nèi))即可獲得大量突變庫,極大地提高了菌種突變強度和突變庫數(shù)量;ARTP技術(shù)結(jié)合高通量篩選技術(shù),可實現(xiàn)對生物快速高效的進化育種。
      常壓室溫等離子體(ARTP)同傳統(tǒng)的低壓氣體放電等離子體源相比,具有等離子體射流溫度低、放電均勻、化學活性粒子濃度高等特點。該儀器可以用于原核生物(如酵母、放線菌等)、真核生物(如霉菌、酵母、藻類、高等真菌等),不同型號的設(shè)備可以處理不同的對象,如ARTP-P可以對植物(花粉、種子、胚芽),動物(受精卵、幼苗)等等。
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