β-葡聚糖酶的应用及研究现状.pdf

B Gl u c a n a s e c a n d e g r a d e t h e D P d e g r e e o f p o l y me r i z a t i o n o f p G l u c a n I t i s e f f i c i e n t i n p o l y o s e mo d i f i c a t i o n a n d f u n g u s r e s i s t a n c e a s o n e o f h o t p oi n t s in e n z y me p r e p a r a t i o n i n d u s t r y r e c e n t l y T h i s p a p e r r e vi e we d t h e o r i g i n p p i i h p G l u c a n a s e 葡聚糖酶的应用及研究现状 Ap p l i c a t i o n s a n d a d v a n c e s o n p Gl u c a n a s e 易华西 徐德昌 p一葡聚糖酶的应用 在啤酒工业中的应用 目前 p 一 葡聚糖酶广泛应用于啤酒发酵工业 美国 日本 丹麦 德国 澳大利亚 加拿大等国均已采用 p一葡聚糖酶作为 啤酒工业的主要酶制剂 我国每年生产啤酒约2 2 0 0 多万吨 其 消费量呈上升趋势 但在该酶制剂的研制和应用方面起步较晚 在啤酒的酿造过程中 大麦胚乳细胞中 p一葡聚糖不能充分降 解 p一葡聚糖的残留是造成啤酒酒体混浊 泡沫持久力减少和 挂杯力不强的主要原因之一 p一 葡聚糖酶 E C 3 2 1 7 3 可以 专一分解粘度很高的各种大麦 p一 葡聚糖 能够疏松大麦胚乳细 胞壁 促进细胞内容物的外溢 提高原料利用率 使麦芽汁粘度 降低 大大缩短麦芽汁和啤酒的过滤8 I I司 增加啤酒产量 改善 啤酒的质量 在饲料工业中的应用 我国是一个农业大国 大麦 小麦等产量居世界前列 并大 量作为畜禽饲料的原料应用于饲料加工工业 研究表明 在以大 麦 小麦 黑麦 燕麦为基础的畜禽饲料中含有大量的 p一葡聚 糖 由于动物体内特别是单胃动物体内没有消化 p一葡聚糖的 酶 p一葡聚糖作为一种非淀粉粘性多糖 在肠道内具有较高的 粘度 阻止肠道消化液与食糜充分接触 从而阻止营养物质的吸 收 降低了饲料的营养价值 随着近年来微生物发酵技术和饲料 工业的发展 确认了 p一葡聚糖是各种麦类饲料中的抗营养因 子 并将 p一葡聚糖酶作为畜禽饲料的添加剂 消除 p一葡聚糖 的抗营养作用 改善了畜禽生产性能 大大提高了饲效 目前国外一些厂家已经开发出了饲用 p 一 葡聚糖酶制剂产品 如丹麦N O V O公司 并开始进入国内市场 我国也日益认识到 该酶制剂潜在的经济价值和社会效益 并将饲用 p一 葡聚糖酶制 剂的研究和开发确定为农业部 九五 攻关项目 酵母 D 1 3 一葡聚糖的改性增溶研究 酵母细胞壁含有丰富的酵母 p一葡聚糖 其中8 5 左右为 p I 3 葡聚糖 是维系酵母细胞壁骨架和刚 性的主要物质 酵母 p一 1 3 一葡聚糖是一种生 物活性强 毒副作用低的高效生物应答物 其在 免疫促进以及抗肿瘤方面的功效早已得到广泛 认可 目前 我国啤酒产业每年将产生3 0 多万 吨的啤酒废酵母泥 啤酒厂家对含有大量 p 一1 3 一 葡聚糖的自溶性残渣多作为废弃物直接排入 下水道或以低廉的价格作为饲料原料销售 造 成了很大的资源浪费和环境污染 目前多采用 碱法制备高纯度的酵母 p一1 3 一葡聚糖 但其 不溶于水 酸 碱 以及醇 醚等有机溶剂 极 差的溶解性使得该糖在实际利用中受到了很大 程度的限制 而不得不进行改性以增大其溶解 性 酶处理是改善酵母 p一1 3 一葡聚糖水溶性 的另一种途径 酶处理使多聚糖苷键断裂 葡聚 糖水解为寡糖或还原糖 降低其聚合度 从而提 高其水溶性 酶处理时 反应条件温和 不改变 其结构 无毒安全 避免了使用酸碱 机械等方 法破壁带来的污染 抽提物失活等问题 对生物 活性影o d 但这方面的研究很少 本实验室在 筛选出 p一 葡聚糖酶高产菌株木霉L E 0 2 的基础 上对其液态发酵和固态发酵生产 p一葡聚糖酶 的条件进行了研究 并进一步研究该产酶菌株 产酶条件和酶学性质 为酵母 p一 1 3 一葡聚糖 的改性增溶及生物活性的深入研究提供理论和 实际应用依据 与啤酒酵母泥自溶酶解制备增 鲜剂联产 利用 13 1 3 一葡聚糖酶对自溶残渣 进行酶解增溶 必将显著增加废弃啤酒酵母泥 的附加值 进一步实现废啤酒酵母的综合利用 和 零污染工程 维普资讯 国内外 13一葡聚糖酶研究现状 13 一葡聚糖酶高产菌株的筛选 我国在 13 一葡聚糖酶的研制和利用方面起步较晚 主要缺乏 高酶活性的优良菌种 多年来 国内所需 p一 葡聚糖酶多以纤维 素酶制剂代用 应用效果不甚理想 目前 有关产 p一葡聚糖酶 的微生物主要为芽孢杆菌 瘤胃微生物和少数真菌 国内不少学 者仍在致力于筛选和培养新的产酶菌株 期望得到高酶活 稳定 性好 的生产 菌株 杰能科公 司生产 的 13一 葡聚糖酶制剂 L A M I N E X B G 是从木霉中提取的 该制剂酶活力为 8 5 0 1 0 5 0 A z o B B G U m 浙江农科院微生物研究所费笛波等 以芽孢杆菌 B S 9 4 1 8 为出发菌株 经6 0 C o Y一射线辐照处理获 得高产菌株 9 4 1 8 F 其产酶活力比出发菌株提高了3 0 以上 在优化条件下摇瓶发酵培养 产酶活力比出发菌株初始发酵水平 提高了4 倍以上 高达5 5 0 0 U m l 国外报道产酶活力较高的Tr i c h o d e r m a Io n g l b r a c h ia t u m 菌株 发酵酶活达到3 2 2 4 U m l 丹麦 N OV O公司产品是由筛选过的枯草芽孢杆菌经过深层发酵 制得 是一种葡萄糖内酶 由于不同科研单位或不同研究者初始 菌株来源和处理方式的差异 再加上酶活的测定方法 测定条件 以及酶活定义的不统一 使得报道的测定结果可比性很差 不利 于酶制剂产品质量的比较和国际市场竞争 菌株发酵方式及产酶机制的研究 根据微生物培养方式的不同 酶的发酵生产主要有液态发酵 和固态发酵两种方式 固态发酵水分活度都低于0 9 9 大多数细 菌 酵母菌生长不好 但霉菌细胞内的渗透压较高 可以在水分 活度为0 9 3 0 9 8 范围内生长 另外 固体培养基中提供微生物 生长的能源都是生物大分子 微生物必须能合成和分泌各种胞外 酶 固态发酵能加强微生物这一功能 因此 固态发酵特别适合 于霉菌的培养和发酵产酶 在真菌的不同发酵方式生产 p一 葡聚 糖酶方面 国内浙江农科院微生物研究所和中国农科院饲料研究 所也做了很多探索性研究 并取得了一定的成果 结果一致表 明 固态发酵更适于真菌发酵生产 13一葡聚糖酶 研究表明 p一葡聚糖酶属于诱导酶类 发酵过程中在培养 基中添加适量的 p一葡聚糖有利于增加 13 一葡聚糖酶的产量 但 是 13 一葡聚糖提取工艺复杂 添加纯品 13 一葡聚糖势必会增加产 品的成本 在试验研究过程中直接利用廉价的大麦粉或利用废啤 酒酵母泥制备的酵母粉为原料 既提供了可利用碳源 又补充了 培养基中的诱导成分一 13 一 葡聚糖 另外 不同 来源的 p 一 葡聚糖酶其诱导机理可能有所不同 费笛波 2 o O 2 等在研究中发现 大麦粉对细菌 13 一 葡聚糖酶产生菌芽孢杆菌B S 9 4 1 8 的产酶有 显著的诱导作用 而对真菌 p一 葡聚糖酶产生菌 黑曲霉G一 4 1 5 则不具有诱导作用 其原因有待 于进一步研究 克隆并高效表达 13一葡聚糖酶基因 构建基 因工程菌 基因工程技术的快速发展 为实现获得稳定 性高 活力好的工业化酶制剂提供了一条有效 途径 近年来 p一葡聚糖酶作为植物抗真菌基 因工程的热点之一 随着分子生物学技术在植 物抗病基因工程中的逐步应用 13 一 葡聚糖酶基 因的抗病研究取得了快速发展 人们已陆续找 到了一些抗真菌蛋白 p一葡聚糖酶是研究最 多 应用最为广泛的抗真菌蛋白之一 其抗真菌 具有广谱性 持久性的特点 目前 人们对 p一 葡聚糖酶的研究已进入了分子水平 随着对该 酶的结构和功能及生物学作用的进一步研究 最 终将该酶的基因导人更多的感病植物中 为植物 的抗病性研究和作物抗病育种开创一条简洁有 效的途径 展望 尽管我国对 p 一 葡聚糖酶的研究起步较晚 大多还处于实验室研制阶段 酶合成能力也较 低 但随着基因工程技术的 IR速发展 13 一葡聚 糖酶开发前景十分广阔 运用现代生物工