黑曲霉孢子作为葡萄糖氧化酶生物催化剂的制备和活性测定方法研究

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葡萄糖氧化酶(GOD)在食品行业、畜牧行业和医药行业均有广泛的应用。以往工业生产GOD多用黑曲霉整菌发酵法,该法产生大量的菌丝,发酵液粘性大,容易聚团,造成通气效果不好,不利于后续的反应。再者,发酵液成分复杂,不利于GOD的分离纯化,且分离纯化后的GOD极易失活,造成使用成本高。黑曲霉孢子是GOD的天然储藏库,其在-20℃下贮存3个月也不会丢失任何GOD活性,开发其作为GOD生物催化剂,具有转化培养基成分简单,转化产物易于分离,易于工业化应用等优势,但是黑曲霉孢子的刚性膜结构充当了天然屏障,导致酶与催化底物无法接触。因此,本论文拟基于其孢内GOD活性,开发其作为转化葡萄糖产葡萄糖酸的生物催化剂,并对开发其应用所涉及到的相关问题进行初步研究,具体如下:(1)转化葡萄糖产葡萄糖酸的黑曲霉孢子制备方法研究。黑曲霉孢子在未萌发时所具有的GOD活性更大,需要对孢子萌发进行抑制;孢子壁具有天然的保护作用,不利于GOD与底物接触,需要将孢子进行透性处理。采用滴定法研究了不同制备方法获得的黑曲霉孢子的GOD活性。结果表明,用3%Citral处理冻融2d的孢子和新鲜的孢子,发现Citral处理冻融2d的孢子酶的活性更高;相同孢子处理条件,振荡培养相同的时间后,109 spores/mL普遍比108spores/mL所获得酶的活性更高。(2)压电传感法测定GOD活性。基于压电传感器对GOD专一催化p-D-葡萄糖底物产生葡萄糖酸这一变化过程有灵敏的频移响应,建立了压电传感器测定GOD活性的方法。首先,利用该方法测定了GOD的米氏常数,将GOD恒定在23.75U,葡萄糖浓度变化范围为2 mg/mL到40 mg/mL,结果发现葡萄糖质量浓度和初始反应速度呈线性相关,得到GOD的米氏常数Km=6.01 mg/mL,最大初速度Vm=33.28 Hz/min,该值与文献报道值接近;利用该法建立GOD浓度与频移之间的标定方程,将β-D-葡萄糖底物质量浓度维持不变,加入不同浓度的GOD,获得一定酶浓度下的频移响应曲线,将6 min频移变化响应曲线的斜率定义为酶的初速度,得到酶浓度与vo之间存在线性关系为υo=1.027[E]+5.214 (R2=0.995,n=6),通过测定v0可知道所测的酶活性。用压电传感法测得酶浓度下限为4.75U。运用样品加标的方法在进行回收率实验的同时来检验方法的精密度,计算得到回收率在94.06%到99.34%之间,且相对标准偏差在4.3%以内,表明压电传感法测定葡萄糖氧化酶的活性结果准确可靠。(3)压电传感法测定黑曲霉孢子生物催化葡萄糖产葡萄糖酸含量。采用压电传感法测定了不同制备方法下黑曲霉孢子转化葡萄糖产葡萄糖酸的含量,具体获得了未经任何处理的孢子、冲洗5次的孢子、冻融处理2d的孢子、1%Citral处理孢子、2%Citral处理孢子、3%Citral处理孢子、3%Citral处理冻融2d的孢子生物催化葡萄糖产葡萄糖酸的频移响应曲线,并建立了频移与葡萄糖酸含量的关系。结果发现3%Citral处理冻融2d的孢子反应压电传感器的频移最大,生成的葡萄糖酸最多。同时采用滴定法、酶试剂盒法和压电传感法测定3%Citral处理冻融2d的孢子的转化产生的葡萄糖酸和葡萄糖氧化酶活性,结果发现三种方法测得葡萄糖酸的量相差不到50 μg/mL,滴定法的标准误差值较大,结果表明,考虑到酶试剂盒法成本较高,滴定法误差较大,压电传感法具有操作简便,成本经济,有望实现在葡萄糖酸工业化生产中实时、在线监测葡萄糖酸的产生。
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