基本信息
- 项目名称：
- 一株产中温淀粉酶芽孢杆菌的培养条件优化及酶学特性初步研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 从河西走廊张掖境内砾砂土壤中分离得到一株产淀粉酶的芽孢杆菌，通过单因素和正交实验对其产酶条件进行了优化，并对其酶学性质进行了初步研究。一系列结果表明：该菌株具有发酵周期短，培养基成分简单，产生的淀粉酶活性较高，有望在工业生产中大规模应用。
- 详细介绍：
- 淀粉酶是α-淀粉酶、β-淀粉酶及葡糖淀粉酶的总，是现代科学中非常重要的一种酶。淀粉酶用途极广，广泛应用于造纸、食品、医药、纺织、洗涤工业中。因此，在酶家族中，它是非常重要的一种酶。令人感兴趣的是，从微生物中分离的淀粉酶也是第一个用于工业化生产的酶。在淀粉加工业中，微生物淀粉酶可以成功的取代化学水解，如果把酶制备成适合的性状，它也可以应用于制药和精细化工业中。 目前，工业上应用的淀粉酶大多数为高温淀粉酶，反应需要在较高的温度下进行，并且pH值的变化范围比较大，需要进行多次调试，伴随着国内外淀粉质原料深加工工业的不断发展，淀粉酶的应用领域不断扩大，这种方法显然已经不能满足工业生产的需要，开发和筛选具有各种特性的淀粉酶已显得尤为重要。近年来，对于中温淀粉酶以其良好的特性引起了诸多学者的关注，这是由于中温淀粉酶在淀粉糖浆、啤酒酿造工业中、高质量的丝纤维人造棉、化学纤维的退浆中有着突出的应用优势，主要表现在：首先，由于反应温度的特点，使得中温淀粉酶不必和高温淀粉酶一样，将淀粉物料保温在 100℃左右后再进行水解，具有节约能耗的作用，同时，对仪器的要求相对于低温和高温淀粉酶来说，比较宽松，可以降低生产成本；其次，相对于高温淀粉酶来说，中温淀粉酶的灭活更加易于操作。因此，研究和开发中温淀粉酶生产菌有巨大的应用价值。 本实验从河西走廊张掖境内砾砂土壤中分离得到一株产中温淀粉酶的细菌菌株，对该菌株的产酶条件进行了优化，并对该酶的酶学性质进行了初步研究，旨在为该菌株的工业化放大及应用提供依据。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 从河西走廊张掖境内砾砂土壤中分离出一株产淀粉酶菌株，初步鉴定为芽孢杆菌，对该菌的产酶培养基和发酵条件进行了优化，并对该菌株产酶的酶学特性进行了研究。旨在为该菌株开发应用提供依据。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题采用科学的研究方法，对土壤中分离的一株淀粉酶产生菌产酶培养基和发酵条件进行了优化，并对其产酶酶学特性进行了研究。发现该酶是一种中温淀粉酶，但目前中温淀粉酶大多数是由真菌产生的，该酶的分离与研究，可以为该酶的产生提供新的菌株。
应用价值和现实意义
- 该菌株是在极端环境中分离的一种淀粉酶产生菌，通过发现该酶是一种中温淀粉酶，多种金属离子对该酶具有激活作用，作用pH范围较宽，对淀粉的亲和力较大。因此该酶可以应用在淀粉的糖化、纺织、造纸、饲料工业中，同时也可以做为洗涤剂的酶制剂。
学术论文摘要
- 本文从土壤中分离得到一株产淀粉酶的芽孢杆菌，通过单因素和正交实验对其产酶条件进行了优化，并对其产酶的酶学性质进行了初步研究。结果表明：该菌株在1.5%玉米粉、1%牛肉膏、0.15%硫酸镁、0.1% 氯化钙培养基中，接种量为2% (v/v)、初始pH 7.0、装液量10%、发酵温度37℃、180r/min摇床培养24h时酶活力最高，其酶活达到了2155.450U/mL；该酶的最适反应温度为50℃；最适pH为6，在pH 5-6的范围内比较稳定；Ca2+， Mg2+，Mn2+和Al3+对该酶有明显的激活作用，Na+和Co2+对该酶也有激活作用，但不明显，Cu2+和Fe3+对该酶有抑制作用， K+和Zn2+对该酶活影响不大。动力学研究表明该酶的Km值为0.8mg/mL，Vmax为2.487 mg/ mL•min。以上结果显示，该酶能在中温条件下有效水解可溶性淀粉，满足工业生产要求。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]吴襟,彭平,沈文,等. 嗜碱性芽孢杆菌碱性α-淀粉酶的纯化和性质[J]. 中国生物化学与分子生物学报, 2005,45(6) :852-856. [2]彭平,吴襟,程安春,等.芽孢杆菌α-淀粉酶基因的克隆、表达和酶学性质分析[J].微生物学报, 2005,45(6):876-879. [3] 张继千,吴波,郑冰心,等. 海洋菌W11产中温淀粉酶的酶学特性[J].基因组学与应用生物学，2010.29(1):71-74. [4]Richards on TH, Tan XQ, Frey G, etc. A novel, high performance enzyme for starch liquefaction-discovery and optimization of a low pH, thermostable alpha-amylase . J B iol Chem , 2002, 277 ( 29 ) :26501～26507. [5]Dong GQ, Vieille C, Zeikus JG . Cloning, sequencing, and exp ression of the gene encoding amylopullulanase from Pyrococcus furiosus and biochemical characterization of the recombinant enzyme . Appl & Environ Microbiol, 1997, 63 (9) : 3577～3584. [6]Jorgensen S, Vorgias CE, Antranikian G . Cloning, sequencing, characterization, and expression of an extracellularalpha-amyla-se from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus furiosus in Escherichia coli and Bacillus subtilis . J Biol Chem , 1997, 272 (26) : 16335～16342.
同类课题研究水平概述
- 淀粉酶是α-淀粉酶、β-淀粉酶及葡糖淀粉酶的总称，是现代科学中非常重要的一种酶。 广泛应用在食品、发酵、纺织及造纸业中。 早在1833年Payen从麦芽抽提液中用酒精沉淀出白色沉淀，可以使2000倍的淀粉液化，取名为“diastase”，并出售用于棉布的退浆。1894年tadamin用麸皮培养米曲霉制造淀粉酶作为消化剂，建立了高峰制药厂—现milea公司的前身。1913年法国bioden与effront发现用枯草杆菌生产耐高温α-淀粉酶，以其耐热性取代了麦芽淀粉酶用于棉布的退浆，创建了rapedase工厂（现并入了gistbrocades公司），从此酶制剂工业揭开序幕（Rani Gupta etc 2003）微生物发酵法进行大规模生产淀粉酶。1937年日本的福本获得了产生α-淀粉酶的枯草杆菌。第二次世界大战后，由于抗生素的发明，使得微生物工业大步前进，α-淀粉酶开始采用深层通风培养法进行生产。1973年耐热性α-淀粉酶投入了生产。 目前，除开展大量常规诱变育种工作外，国外已初步搞清了淀粉酶的调控基因，探讨了有关转导转化和基因克隆等育种技术。将枯草芽抱杆菌重组体的基因引入生产菌株，使淀粉酶产量提高数倍至数十倍，并己应用于食品和制酒工业，给选育高产淀粉酶菌株开创了新的途径。 我国的酶制剂工业是解放后才逐步发展起来的，1965年，我国开始应用解淀粉芽抱杆菌BF-7658生产7658α-淀粉酶。1967年杭州怡糖厂实现了应用7658α-淀粉酶生产怡糖的新工艺，可以节约麦芽7%-10%，出糖率提高10%左右。1979年9月通过了酸酶法注射葡萄糖新工艺的鉴定，并先后在华北、河北、郑州篙山制药厂得到应用，取得了良好的经济效益。 每一种α-淀粉酶作用时都需要特定的，稳定的温度，pH值，特定的工业对一淀粉酶作用时的温度，pH值都有特定的要求。产生α -淀粉酶的微生物种类很多，不同种属微生物所产生的α-淀粉酶性质也有所差异。因此，进一步分离和扩大淀粉酶产生菌种类势在必行。 河西地区具有独特而典型的自然环境，土壤中蕴藏丰富的微生物资源，因此，本研究从河西走廊张掖境内砾砂土壤中分离出一株产淀粉酶的细菌，初步鉴定为芽孢杆菌，并对其培养基和发酵条件以及酶学性质进行了初步研究，以期获得高通量表达的优良淀粉酶生产菌。
