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氯过氧化物酶(CPO)是一种应用非常广泛的亚铁血红素过氧化物酶,具有很高的异构体选择性和普遍性。主要以氯化物、溴化物和碘化物作为专一性的底物,在有合适的受体存在时就可以催化生成碳卤键。近年来,随着氯过氧化物酶在工业、农业和医学方面应用研究的进展,氯过氧化物酶的需求量也日益增加。但是目前国内尚无任何发酵生产的报道。
本文采用购自英国的一株海洋丝状真菌Leptoxyphium fumago,通过对该菌的形态特征、生理生化特性及抗菌性等生物学特性进行研究,了解其最适生长条件,并以此为基础,研究实验室条件下Leptoxyphium fumago生产氯过氧化物酶最优化的培养基组成、最适的环境条件和最优化的发酵条件,并且研究对发酵液中发酵产物CPO进行分离纯化的方法。
通过对丝状真菌Leptoxyphium fumago生物学特性的研究发现,该菌株能够利用多种碳源和氮源等营养物质进行生长。其生长条件为中性偏酸性,在培养过程中发现除枯草芽孢杆菌以外,该菌不易被污染,有良好的抗菌性。为优化Leptoxyphium fumago的复合发酵条件,选择碳源、氮源和天然物提取液及环境条件等为自变量,采用二次响应曲面通用旋转组合设计方法,研究各自变量及其交互作用对CPO产量的影响,利用Minitab软件和响应面分析相结合的方法,模拟得到二次多项式回归方程的预测模型,并确定最佳发酵条件为:葡萄糖18.488g/L,蔗糖15g/L,淀粉10g/L,NaNO32g/L,酵母粉7g/L,马铃薯浸出液1000 mL/L,KCl3.25g/L,KH2PO42.55g/L,MgSO4·7H2O2.39 g/L,FeSO4·7H2O0.22 g/L,pH7.0,温度为25℃,接种量为2c㎡菌苔/瓶,发酵液装液量为50mL/250mL三角瓶。在此条件下,酶活力预测值可以达到770.244IU/mL。经实际验证得到的酶活力为755.366 IU/mL,相对误差不到1%。
经研究得到的分离纯化方案为:发酵液固液分离去除菌体后制备粗酶液→超滤→硫酸铵盐析→DEAE—纤维素53离子交换层析→Sephadex G-100凝胶层析。采用该纯化方案,CPO比活达到6146.24U/mL,比初始发酵液酶活提高了17.01倍。对CPO的酶学性质进行研究发现,该酶在室温下的Km值为12μmol/(L·min);CPO的最适反应pH为2.75,最适反应温度为25℃,且实验发现酶反应速率受反应温度影响较大。