生淀粉糖化酶的分离纯化及酶学性质研究

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生淀粉酶能够直接作用或水解未经蒸煮糊化的生淀粉类原料,是淀粉酶种类中具有水解生淀粉颗粒作用的酶,其在工业应用中具有节约能源,降低成本的作用。目前,国内外对于生淀粉酶的研究主要是真菌来源的,并对其性质、作用特性、酶的结构及基因的表达等方面作了详细研究,但目前大多数酶在应用时还存在活力低,不稳定等问题,因此对于新型的功能良好的生淀粉酶的研究探索具有重要意义。本文从本实验室前期筛选得到的菌株经固态发酵所得粗酶中进一步纯化出对生淀粉具有优良水解性能的糖化酶,进而对该酶进行深入研究,包括将该酶与商品糖化酶进行生淀粉水解效果及酒精发酵性能比较,以及对其酶学性质进行初步研究,对酶的特性有了初步了解,确定该酶具有优良的生淀粉水解功能。主要研究内容如下:首先,将粗酶与商品糖化酶进行生淀粉水解初步比较,其在相同条件下产物生成速度远优越于商品糖化酶,对其经过透析、DEAE阴离子交换层析、Mono Q强阴离子交换层析及凝胶过滤层析等纯化步骤获得了电泳纯级别的生糖化酶RG2,纯化了4.58倍,纯化后其糖化酶比酶活为1257.36U/mg,生淀粉糖化酶比活力为345.15U/mg,糖化酶酶活回收率为31.68%,经过SDS-PAGE检测其分子量大小为82KDa左右。然后对RG2作用生淀粉水解性质研究发现:1)该酶以可溶性淀粉/玉米淀粉/玉米粉悬浮液为底物时的生糖化酶酶活相对于以可溶性淀粉溶液为底物时糖化酶酶活的比值分别为27.19%/17.27%/41.80%,均高于商品糖化酶G1/商品糖化酶G2/固体生淀粉酶SG1;该酶对上述三种底物的产物变化趋势相对其他三种酶积累的也较快,水解更快达到终点;2)通过可溶性淀粉/玉米淀粉/玉米粉对该酶的吸附率及水解程度实验表明,其对三种底物的作用效果大小依次为玉米粉>可溶性淀粉>玉米淀粉;3)该酶对2%-40%浓度范围玉米粉的水解程度比较恒定,当其浓度达到40%时,水解程度仍保持在72%左右;8%浓度以下的可溶性淀粉水解程度良好,在8%-28%浓度范围内水解程度比较稳定,当浓度提高到32%以上水解程度又有所下降;当以玉米淀粉为底物时,总体水解程度较低,当底物浓度在4%以上,水解程度下降但趋于稳定。随后对RG2的酶学性质进行了研究,结果表明:1)该酶的最适反应温度为50°C,在50°C以下酶活稳定性很好,当在此温度保温2h时,仍能保持90%以上的酶活力;2)该生淀粉糖化酶的最适pH为4.5,在pH3.5-7.0范围内酶活性较为稳定;3) Fe2+,Mg2+,Mn2+,Co2+对该酶均有激活作用,其中Fe2+作用较明显,EDTA,Cu2+,K+对酶活力有不同程度抑制作用,而其他金属离子对酶活的影响较小;4)当以可溶性淀粉溶液为底物时,该酶的Km值为7.44mg/mL,最大反应速度Vmax为1.45mg/(mL·min);5)该酶对糊精的水解强度最高,可溶性淀粉次之,而对糖原,支链淀粉,玉米淀粉的水解相对较弱,对蔗糖基本无水解作用;6)对该酶水解可溶性淀粉悬浮液及糊化后可溶性淀粉溶液水解产物HPLC分析表明其水解产物主要为葡萄糖;7)对该酶进行质谱序列分析,经过NCBI数据库比对,验证该酶与Aspergillus sp来源的α-1,4-葡萄糖苷酶具有较高的同源性。对RG2应用于生料酒精发酵实验表明,其相对于酶G2、SG1具有发酵时间短,残总糖含量低,产酒精体积分数大的优点,具有较好的应用价值。
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