苏云金芽孢杆菌耐热蛋白酶的菌株筛选、发酵优化及酶学特性的研究

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从34株苏云金芽孢杆菌中筛选到一株产耐热蛋白酶菌株FZ62。首先,通过单因素筛选初步优化发酵培养基配方,确定最佳氮源为酵母粉,碳源为葡萄糖;其次,采用二水平Plackett-Burman设计对影响产酶的因素进行考察,从中筛选出有显著效应的3个因素:酵母粉、葡萄糖和初始pH值;再次,运用响应面分析法对该三因素进行三水平优化,获得它们的最优组合,发酵培养基最佳配方(g/L):酵母粉20.4,葡萄糖1.0,KH2PO4 2.5,MgSO4·7H2O 0.35,CaCO3 0.5,初始pH值7.07。优化后产酶水平从263.43 U/mL提高到1112.39 U/mL,实测值与响应面预测值仅为+5.66%的误差。最后,发酵条件优化结果表明为:接种量2.14%,250mL三角瓶装液量为35mL,发酵温度31℃,培养时间20h,产酶水平达到1288 U/mL。对FZ62菌株耐热蛋白酶的代谢过程进行初步研究,酶生成与菌体生长为耦联过程。以Logistic方程和Luedeking-Piret方程为基础,建立该菌发酵过程中菌体生长、产物生成和基质消耗的动力学模型,求得模型参数,该动力学模型与试验结果拟和程度较好。采用盐析、DEAE Sepharose Fast Flow离子交换柱层析与Sephadex G-75分子筛柱层析等纯化步骤对该酶进行了纯化。纯化后,酶的比活力达802.40 U/mg,纯化了10.49倍,酶活力回收率为38.38%。利用SDS-PAGE电泳测定蛋白质分子量38.91kDa。以酪蛋白为底物,酶促反应符合米氏方程,米氏常数为Km=4.8g/L和Vm=322.58U/mL。该酶最适作用温度为55℃,60℃以内酶活力相对稳定,最适作用pH 7.0,酶在pH值7~11较为稳定。研究金属离子对耐热蛋白酶酶活力的影响,在2mmol/L离子浓度下,K+、Mg2+对酶促反应有显著的激活作用,Cu2+、Mn2+、Zn2+有一定的抑制作用。同种离子不同浓度对该酶活力也有一定影响。甲醇、乙醇、1.2—丙二醇、异丙醇等有机溶剂对酶活力的抑制作用是随其浓度的升高而增大。
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