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淀粉质原料是迄今最为广泛应用的工业原料,淀粉酶是降解此类原料的一类酶,其中包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、解支酶等,特别是由于大量的支链淀粉的存在使得解支酶显得更为的重要。但是由于种种的原因对解支酶的开发利用规模还较小,所以近年来渐渐引起人们的关注。普鲁兰酶(EC3.2.1.41),能够专一性的催化支链淀粉型多糖α-1,6-糖苷键的水解,从而使支链淀粉型多糖的分支链脱离主链形成一系列链长不一的直链淀粉。普鲁兰酶就是一种典型的解支酶。普鲁兰酶的水解性质就决定了它具有提高淀粉质原料利用率、降低粮耗的作用,在淀粉加工工业中有着重要的用途和良好的市场前景。
本研究的目的是探索利用大肠杆菌和枯草芽孢杆菌系统来表达来自于苏云金芽孢杆菌的普鲁兰酶基因。经过序列分析可知苏云金芽孢杆菌有两段基因可能编码普鲁兰酶,分别标注为amyX和pulA。本文通过PCR的方法从苏云金芽孢杆菌的染色体上扩增得到此普鲁兰酶基因,通过测序鉴定与报道的苏云金芽孢杆菌konkukian亚种的普鲁兰酶基因的序列完全一致。分别构建表达载体pET-28a-amyX和pHSG-pulA分别在大肠杆菌和枯草芽孢杆菌中获得了表达。通过酶活的测定在两种重组菌中都检测到了酶活。同时对重组芽孢杆菌所产的重组酶的酶学性质作了初步的研究。重组酶的最适作用pH值约6.5,pH6-8范围酶较稳定。最适作用温度大约在50℃,40℃-70℃为酶的稳定温度范围,同时将酶70℃保温45min,仍然保持约50%的酶活力。对重组质粒的稳定考察发现pET-28a-amyX在大肠杆菌中稳定性较好,而对于芽孢杆菌表达载体pHSG-pulA在传代过程中发生了质粒丢失的现象,无选择压力下连续转接5次,几乎全部发生丢失。
对重组菌的发酵条件进行了初步的优化,分别考察了碳源、氮源、培养基初始pH、装液量、接种量以及诱导时机对产酶的影响。得到了最终的优化培养基,其成分为:可溶性淀粉2%,酵母膏1%,蛋白胨1%,NaCl1%,K2HPO40.017%,MgSO4·7H2O0.012%。MnSO4·7H2O0.012%,调节初始pH值为8.0,装液量为250mL摇瓶加入培养基20mL,接种量10%,培养4h后加入IPTG诱导培养8h,测定酶活。在此条件下重组菌的产酶水平达到3.4U/mL。