探究提高米曲霉产β-半乳糖苷酶活力的方法

探究提高米曲霉产β-半乳糖苷酶活力的方法

刘华，姚怡彤，但江荣，朱改琴，雷燕*

（江西科技师范大学材料与机电学院）

摘  要：不同来源的β-半乳糖苷酶性质各有不同，其中微生物所产的β-半乳糖苷酶由于其安全性以及性质稳定被广泛用于食品及工业应用。因此，本文从β-半乳糖苷酶的固定化、基因组学研究以及培养条件的优化三方面对提高米曲霉产β-半乳糖苷酶量的方法进行综述，以期为提高该产物产量及扩大其应用领域提供方法和借鉴。

关键词：β-半乳糖苷酶；微生物；米曲霉；

一、前言

不同来源的β-半乳糖苷酶（β-gal），如：来源于微生物、植物或动物，其性质不同，其中微生物所产的β-gal，由于其安全性以及性质稳定被广泛用于食品及工业应用[1]。在微生物中，细菌酵母菌及丝状真菌都可产β-gal，但只有丝状真菌产的此酶属于胞外酶，易于分离提取，且性质稳定。米曲霉作为一种丝状真菌，具有较强的分泌各种酶的能力，如：蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、β-半乳糖苷酶等[2]。在米曲霉的代谢产物中，由于β-gal具有外切酶以及转糖基化的活性，而被广泛应用于乳制品行业，受到研究者的关注[3]。因此，本文从β-gal的固定化、基因组学研究及培养条件的优化三方面来简要叙述提高米曲酶产β-gal的方法，以期扩大其应用领域。

二、β-半乳糖苷酶的固定化

固定化酶比游离酶更适合工业应用，因为它们具有易于分离和重复使用及增强稳定性和储存寿命等的特性[4]。大量的研究结果显示米曲霉产的β-gal可被固定在胶体阿弗兰、接枝尼龙膜、棉布上、卡拉胶和多利特A568树脂上，且固定化β-gal可有效改善固定化酶的性能，进而扩大了它在食品、能源和医药领域的应用[5]。如：Sass [6]等人建立了两种简单易行的方法，将β-Gal以己二胺（HMDA）作为双功能接头共价固定在活化的明胶纳米纤维毡上，其次在静电纺丝过程中通过包埋到明胶纳米纤维中（悬浮静电纺丝），将米曲霉生产的β-gal固化在静电纺明胶纳米纤维毡（GFM）上。结果显示：与游离酶相比，固定化β-gal的Michaelis常数降低了50%，且低聚半乳糖产量提升了4%。

三、基因组学研究

目前基因组学研究越来越深入，基因重组技术也更加成熟，已有不少研究者采用该技术来提高β-半乳糖苷酶的产量，并取得了非常有价值的研究结果[7, 8]。贾超[7]通过PCR技术扩增了米曲霉F1005F3的三个β-半乳糖苷酶的基因（即O158、AO和O76），与毕赤酵母菌成功构建并筛选出能够分泌表达β-半乳糖苷酶的菌株，但所得获得的β-gal产量和酶活性均较低。在此基础上，成静[8]通过人工构建了米曲霉中产β-半乳糖苷酶的基因 Aogal，并对该基因进行优化后获得基因Aogal-1 ，他们发现Aogal-1 基因的酶活性最高为 196.76U/mL，是原基因的两倍。总之，通过基因组学来提高米曲霉产β-半乳糖苷酶是高效且可行的，但该方法存在操作复杂，设备昂贵和费时等缺点。

四、培养条件优化

通过响应面法优化培养条件，获得适合米曲霉生产β-半乳糖苷酶的培养条件是比较简单又易操作的方法，受到研究者的喜爱。山琳等人[9]采用Plackett-Burman 筛选实验和中心组合实验优化了培养条件，使得β-半乳糖苷酶的酶活达到 188.92U/mL，比基础培养基的酶活（145.62U/mL）提高了29.7%。

五、结束语

综上所述，通过β-半乳糖苷酶的固定化、基因组学研究以及培养条件优化三种方法都可以有效提高米曲霉生产β-半乳糖苷酶的活力，为扩大β-半乳糖苷酶的应用提供了借鉴价值。

参考文献：

[1]李玉强. 丝状真菌β-半乳糖苷酶的研究[D].天津轻工业学院,2000.

[2]X. C Yu, S. L Ma, Y. Xu, C. H. Fu, C. Y. Jiang, C. Y. Zhou, Construction and application of a novel genetically engineered Aspergillus oryzae for expressing proteases, Electronic Journal of Biotechnology, 29 (2017) 32.

[3]郭芸,邱媛,孙琦,罗晓刚.靶向β-半乳糖苷酶光学探针的研究进展[J].化学通报, 85 (2022)274.

[4]F. Duan, T. Sun, J. Zhang, K. Wang, Y. Wen, L. Lu, Recent innovations in immobilization of β-galactosidases for industrial and therapeutic applications, Biotechnology Advances, 61 (2022) 108053.

[5]M. M. M. Elnashar, M. A. Yassin. Lactose hydrolysis by beta-galactosidase covalently immobilized to thermally stable biopolymers. Applied Biochemistry and Biotechnology, 159 (2009) 426.

[6]A. C. Sass, H. J. Jördening. Immobilization of β-Galactosidase From Aspergillus oryzae on Electrospun Gelatin Nanofiber Mats for the Production of Galactooligosaccharides. Applied biochemistry and biotechnology [J]. 3 (2020) 1155.

[7]贾超. 米曲霉β-半乳糖苷酶的基因克隆与酶学特征分析[D].天津科技大学, 2016.

[8]成静. 基因剂量及基因突变对β-半乳糖苷酶表达的影响[D].武汉轻工大学, 2020.

[9]山琳, 张卫兵, 梁琪, 张炎, 贠建民, 艾对元, 张紊玮.响应面法优化米曲霉产β-半乳糖苷酶固体发酵培养基[J]. 食品工业科技, 34 (2013) 189.

项目名称：江西科技师范大学研究生创新专项资金资助项目（YC2022-x13）