《超音波輔助強化酶水解製備低聚木糖的機理研究》是依託北京工商大學，由滕超擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超音波輔助強化酶水解製備低聚木糖的機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：滕超
- 依託單位：北京工商大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低聚木糖作為重要的功能性寡糖，主要通過木聚糖酶水解天然纖維質材料中木聚糖獲得，但傳統製備方法存在著反應時間長、產率低等缺點。筆者通過前期試驗發現利用超音波對酶解反應進行耦合可以顯著提高產物（低聚木糖）得率，但其中的影響機制尚不清楚。本項目擬從以下方面進行：（1）對比有無超音波作用時酶解反應情況，確定影響水解效果的關鍵因素；（2）分別考察超聲介質、酶解底物及木聚糖酶在超音波作用前後變化，運用ECD，XRD、TGA、SEM及HPLC等分析手段測定相關參數，最終確定超音波對整體反應體系的作用途徑；（3）模擬並構建超音波作用下木聚糖酶水解製備低聚木糖模型；通過關鍵參數對比，推斷超聲效應的作用類型。通過本項目的研究，可望在理論上揭示超音波耦合木聚糖酶促進水解效率的機制，闡明超音波影響酶解反應體系的關鍵途徑；在套用上可以提高實際生產中低聚木糖的製備效率，有效降低其生產成本，可望帶來巨大的經濟和社會效益。
結題摘要
低聚木糖一般通過木聚糖酶水解天然纖維質材料中木聚糖製備，因此反應過程無法進行有目的干預。而超音波耦合酶解可以有效地促進多種酶促反應，提高產物生成效率。但國內外尚未有關於超聲場耦合木聚糖酶水解製備低聚木糖機理層面的研究。本研究通過高通量篩選獲得一株可高產酸性木聚糖酶菌株XAF01，通過形態學、生理生化、分子生物學鑑定該菌株為微紫青黴（Penicillium janthinellum）。該菌株XAF01在發酵過程中可產生3種不同分子量的木聚糖酶（XynA、XynB、XynC）。實驗採用硫酸銨鹽析、SP-Sepharose Fast Flow及Q-Sepharose Fast Flow離子交換層析對微紫青黴XAF01所產的木聚糖酶XynB進行分離純化並得到電泳純XynB。純化過程酶活回收率為2.09%，純化倍數為1.70，XynB分子量為24.1 kDa。同時確定木聚糖酶XynB最適pH為3.8，在pH3.2~4.8的醋酸-醋酸鈉緩衝溶液中具有良好的pH穩定性，50℃處理30min，相對酶活力仍在84%以上。該酶最適反應溫度為50℃。該酶對櫸木木聚糖的Km值為23.12±7.16mg/mL，Vmax為189.2±35.4 μmoL/min/mg。研究發現超聲預處理酶溶液能夠提高目標產物的得率，具體為經強度0.40W/cm2的超聲預處理10min後XynB較未做處理酶解效率提高61.80%。圓二色譜法結果表明，超聲處理使XynB的β-摺疊含量減少，無規則捲曲含量增加，而α-螺旋的含量變化並無規律性。表明超聲處理改變了包括氫鍵在內的維持木聚糖酶XynB蛋白二級結構的作用力，從而使二級結構的含量發生了變化。超聲改變了XynB的最適pH，不改變其最適溫度。超聲使木聚糖酶XynB的Km減小，Vmax增大，增強了其催化底物的能力。結果顯示超聲預處理底物使目標產物得率增加，經超聲預處理10min的底物酶解後較未做處理的底物還原糖得率提高64.87%。掃描電鏡觀察結果表明，超聲使水不溶性木聚糖顆粒出現裂縫，甚至破裂成更小的顆粒。雷射粒度分析儀結果表明，不同超聲時間處理後，底物的粒徑分布向小的粒徑方向遷移。以上均為超聲影響酶促反應的主要因素。通過該項目實施，較全面的探究了以木聚糖酶解製備低聚木糖為模型超聲處理在酶催化體系中的影響機制，結果具有一定的創新性。
