α-半乳糖苷酶(α-galactosidase，EC 3.2.1.22)属外切糖苷酶类，能特异性水解半乳糖类寡糖和多聚半乳-(葡)甘露聚糖的非还原性末端α-1，6-半乳糖苷键，因此水解的底物主要为棉籽糖类寡糖，如：棉籽糖、水苏糖、蜜二糖和毛蕊花糖等。该酶在食品、饲料和医药等领域中有着广泛的应用前景。本论文从α-半乳糖苷酶高产菌种选育开始，研究了α-半乳糖苷酶发酵技术及工艺，对液体发酵产生的α-半乳糖苷酶进行纯化，并对酶学性质及酶促反应动力学进行了深入研究，验证了纯化后的α-半乳糖苷酶对豆粕、棉籽粕和菜籽粕中α-半乳糖苷寡糖的水解作用，同时进行了单胃动物的饲养试验。论文的主要研究结果如下： (1)从发酵的酱醅中分离并筛选到一株高产α-半乳糖苷酶的曲霉菌株，发酵96 h后的酶活达到22.27 U/mL，经鉴定为臭曲霉Aspergillus foetidus。出发菌株经<60>Co-γ辐射和N<+>离子束辐照，突变株Aspergillus foetidus ZU-G1分泌的α-半乳糖苷酶酶活比出发菌株分别提高了20.7％和23.4％，培养96h后的酶活分别达到26.88 U/mL和33.18 U/mL。 (2)为了确认该菌株产的α-半乳糖苷酶能安全应用在食品和饲料工业，进行了小鼠急性经口毒理试验，实验结果表明α-半乳糖苷酶粗酶液属于实际无毒类。 (3)利用单因素试验筛选出该菌株液体发酵产α-半乳糖苷酶的适宜培养基组分，麸皮是适宜的碳源，豆粕是适宜的氮源，KH<,2>PO<,4>和FeSO<,4>·7H<,2>O利于α-半乳糖苷酶的分泌。用响应面优化方法对发酵培养基进行了优化，得到最佳培养基组成为：3.28％豆粕(w/v)，2％麦麸(w/v)，0.1％KH<,2>PO<,4>(w/v)和0.05％FeSO<,4>·7H<,2>O(w/v)，初始pH 6.31。用此培养基发酵144h，α-半乳糖苷酶酶活达到104.7 U/ml。 该菌株液体发酵产α-半乳糖苷酶的最佳产酶条件为：发酵温度28℃，转速200 r/min，250 ml的三角瓶中装30 ml培养基，接种量6.6％，18 h的种子培养液接种。 (4)该菌株固体发酵产α-半乳糖苷酶的最佳培养条件为：培养基水分含量60％，发酵温度28℃，18 h的种子培养液接种，接种量10％，pH6.0，纱布层数为6层，250 ml的三角瓶中装10g干基的培养基。 利用单因素试验获得该菌株产α-半乳糖苷酶的适宜培养基组分，豆粕、麸皮、MnSO<,4>·H<,2>O和CuSO<,4>·5H<,2>O有利于α-半乳糖苷酶的分泌。采用响应面优化方法对发酵培养基进行了优化，获得最佳培养基组成为(g/10g干基)：麸皮8.2137g，豆粕1.7843g，MnSO<,4>·H<,2>O0.001g和CuSO<,4>·5H<,2>O 0.001g，在此优化培养基下发酵产α-半乳糖苷酶，培养144h后酶活达到2572.53 U/g。 (5)该菌株发酵液经过分级盐析、离子交换柱层析和分子筛柱层析，得到了电泳纯α-半乳糖苷酶，其中α-galⅠ分子量为106.3 KDa，α-galⅡ分子量为49.7 KDa，α-galⅢ分子量为107.9 KDa。纯化后α-半乳糖苷酶的三组分最适作用温度均为60℃；α-半乳糖苷酶三组分的最适作用pH不同，α-galⅠ和α-galⅢ的最适反应pH为5.0，α-galⅡ为4.0；就酸碱稳定性而言，α-galⅠ在pH 4.0的环境中最稳定(酶活保留率达78.9％)，α-galⅡ在pH 6.0的环境中最稳定(酶活保留率达73.7％)，α-galⅢ在pH 5.0的环境中最稳定(酶活保留率达88.4％)。 (6)不同金属离子和糖类等对α-半乳糖苷酶三组分酶活的影响是不同的：三组分均受Ag<+>强烈抑制，Cu<2+>对α-gal Ⅰ和α-gal Ⅲ有明显的抑制作用，而对α-galⅡ有激活作用。Ca<2+>、Mg<2+>、K<+>和Na<+>对α-gal Ⅰ酶活的影响不大，Mn<2+>离子有激活作用；Ca<2+>、Mg<2+>、Zn<2+>和Mn<2+>对α-galⅡ有激活作用，K<+>和Na<+>有抑制作用；Ca<2+>、Zn<2+>和K<+>对α-galⅢ酶活的影响不大，Mg<2+>、Mn<2+>和Na<+>离子有激活作用。SDS对α-半乳糖苷酶α-gal Ⅰ和α-gal Ⅲ有明显的抑制作用，而对α-gal Ⅱ影响较小，EDTA、乳糖、棉籽糖对三组分均有抑制作用，海藻糖、甘露糖、CaCl·2H<,2>O和巯基乙醇对α-gal Ⅰ和α-galⅡ均有抑制作用，而对α-galⅢ组分几乎无影响。 (7)α-gal Ⅰ对对硝基-α-D-半乳糖苷的米氏常数Km=9.39mmol/L，对水苏糖的Km=12.79mmol/L，对棉籽糖的Km=4.79mmol/L，对蜜二糖的Km=1.03 mmol/L；α-galⅡ对对硝基-α-D-半乳糖苷的米氏常数Km=6.54mmol/L，对水苏糖的Km=2.39mmol/L，对棉籽糖的Km=11.38mmol/L，对蜜二糖的Km=2.02 mmol/L；α-galⅢ对对硝基-α-D-半乳糖苷的米氏常数Km=8.24mmol/L，对水苏糖的Km=9.98mmol/L，对棉籽糖的Km=4.33mmol/L，对蜜二糖的Km=3.18mmol/L。 (8)甘露醇、海藻糖和棉籽糖对α-半乳糖苷酶粗酶液热稳定性有较好的保护作用。采用正交实验设计获得了复合保护剂配方为：1.75mmol/L的海藻糖，1.5mmol/L的甘露醇和2mmol/L的棉籽糖。复合保护剂的添加能使α-半乳糖苷酶在30℃～60℃范围内的酶活保留率提高11.6％～21.7％，28℃存放24h，该酶在pH3.0的环境中保留52％的活性。Α-半乳糖苷酶在28℃、36.2℃和45℃下贮存，酶活损失50％的时间分别为：液体酶对照组51.90、28.13和7.31天；液体酶处理组：97.11、40.68和7.49天，而固体α-半乳糖苷酶损失50％所需时间分别为：88.54、24.47和8.78天。 (9)纯化后的α-半乳糖苷酶α-gal Ⅰ、α-gal Ⅱ和α-gal Ⅲ均能水解豆粕乳、棉籽粕乳和菜籽粕乳中的水苏糖、棉籽糖等寡糖。 Α-galⅠ、α-gal Ⅱ和α-galⅢ均能水解豆粕乳中水苏糖和棉籽糖。Α-galⅡ对水苏糖的水解能力大于α-galⅠ和α-gal Ⅲ，50℃比40℃更易使豆粕乳中水苏糖游离出。40℃和50℃水浴温度下，反应1～5h，α-galⅡ对豆粕乳中棉籽糖的水解率达100％；α-gal Ⅰ和α-galⅢ对棉籽糖的水解能力较弱，50℃比40℃更有利于棉籽糖的生成。 Α-galⅠ、α-gal Ⅱ和α-galⅢ对棉籽粕乳具有水解作用。Α-galⅡ对水苏糖的水解能力比α-gal Ⅰ、α-gal Ⅲ高。Α-gal Ⅱ对棉籽糖的水解能力最强，40℃时反应3h，水解率达99.9％。其次是α-gal Ⅲ，其对棉籽糖的水解率在40℃时以3h最高，为43.3％，50℃时4h最高，为84.71％。Α-gal Ⅰ对棉籽糖的水解能力较弱。Α-gal Ⅰ、α-galⅡ和α-galⅢ对菜籽粕乳有水解作用。其中，α-gal Ⅲ对水苏糖的水解能力最强；在40℃和50℃水浴温度下，水苏糖的水解率为100％。40℃时，α-galⅡ作用3h，而50℃作用2h，水苏糖完全被酶解；α-gal Ⅰ对水苏糖的水解能力较弱，与50℃相比，40℃更不利于水解。40℃时，α-gal Ⅰ作用1h，可将棉籽糖几乎完全水解；而α-galⅡ和α-galⅢ对棉籽糖的水解能力弱。50℃时，三者对棉籽糖的水解能力均很弱。 (10)固态发酵法生产的α-半乳糖苷酶粗酶制剂以0.5‰和1‰的添加量有利于提高中猪的日增重，降低每千克增重饲料成本和料重比。均初始重为43.35Kg的中猪经济效益提高了5.84％～10.23％；均初始重为56.4Kg的中猪经济效益提高了2.28％～12.10％。