单位文秘网 2021-07-10 08:11:33 点击: 次
工业和饲料等领域得到广泛应用。本文综述果胶酶的分类、来源及作用机制,阐述果胶裂解酶的分子生物学研究进展。
关键词:果胶酶;分类;来源;应用
中图分类号:Q939.9 文献识别码:A 文章编号:1001-828X(2015)021-000-02
一、定义
果胶酶是分解果胶质多种酶的总称,是含有多种组分的复合酶,它可以水解多聚半乳糖醛酸α-1,4糖苷键释放出可溶性的不饱和寡聚乳糖醛酸。
二、果胶酶的分类
根据果胶酶作用底物有所区别,果胶酶广泛意义上可分为三种类型(张海燕等2006):原果胶酶、果胶酯酶和果胶裂解酶。
罗贵民等2002年对果胶酶的种类做出细致分类:果胶酶分为水解酶和裂解酶两大类。1.水解酶类,包括果胶甲醋酶、果胶水解酶和果胶酸水解酶,其中果胶酸水解酶又分为聚半乳糖醛酸外切酶和聚半乳糖醛酸内切酶;2.裂解酶类,包括果胶酸裂解酶和果胶裂解酶,其中果胶酸裂解酶又分为外切果胶酸裂解酶和内切果胶酸裂解酶,果胶裂解酶又分为果胶外裂酶和果胶内裂酶。
果胶酶根据作用的pH值不同可分为:酸性果胶酶、中性果胶酶和碱性果胶酶。
三、果胶酶的来源
产果胶酶的微生物很多,通常有细菌、放线菌、酵母和霉菌,但是工业上生产果胶酶的菌种主要是细菌,Hatada等人首次成功筛选得到了纺织业上用于脱胶的细菌;赵友春等人筛选到用于纺织业上用于棉麻脱胶的Bacillus sp NO.5;近年来造纸业上也常用到果胶酶,Beg OK等人筛选到具有漂白作用特点的放线菌;钱玉英等人1997年筛选得到真菌Asperlillwu niger 6042,此真菌在饲料生产加工工业上的应用越来越受到重视;陈哲超等1995年筛选得了一株真菌Asperlillwu niger AS6-104,首次得到了应用于苎麻脱胶的真菌类物种。
四、果胶裂解酶的作用模型
果胶裂解酶的作用原理是通过反式消去作用使a-1,4-半乳糖醛酸键断裂,其作用方式如下图所示,随机降解低甲酯化果胶和甲酯相邻糖苷键;产物为一系列不饱和低聚物,使β-碳原子上得H离子转移到糖苷键的O原子上,因此糖苷键断裂,参照下图X代表-O时,底物为果胶酸盐;X为-O-CH3时,作用底物为果胶类物质。
果胶裂解酶作用模型
五、果胶裂解酶的分子生物学研究进展
随着生物技术的发展,国内外在果胶酶分子生物学研究上取得了很大进展,其应用范围也在不断扩大,除在一些传统领域的应用外,果胶酶许多新的用途也正不断地被挖掘和发现。目前为止,已从多种微生物中克隆了果胶酶基因并测序,对其果胶酶的基因的结构、功能、调控等方面进行了深入探讨。Dominguez等人1997年首次报道了果胶裂解酶基因的转录与果实成熟软化有关,用mRNA差异筛选,从香蕉果实cDNA文库中克隆果胶裂解酶同源的cDNA片段;翟超,曹军卫等人克隆碱性果胶裂解酶基因pelA在E. coli中的进行表达,获得高效表达的重组菌株(翟超等2001);Jerry,C等人1995年克隆和坚定了曲霉孢菌种中新果胶裂解酶的编码基因,利用PCR合成寡核苷酸探针从寄生虫协卧丝杆菌的cDNA文库分离到果胶酶编码基因,并在大肠杆菌中进行了有效地表达。诸葛斌等人将果胶裂解酶基因在转化到毕赤酵母中进行甲醇诱导发酵,工程菌经优化后表达量达到40U/mL(诸葛斌等2008)。李平等人从极端嗜热菌属海栖热袍杆菌中克隆得到编码碱性果胶裂解酶的结构基因pelA,通过对翻译起始区的二级结构进行优化,重组菌具有较高的酶活力,达到327 U/mg(李平等 2009)。Cohen,F.E.等人在研究果胶酶晶体结构过程中发现果胶酶肽链以一种β-螺旋方式折叠,并提出这种新型结构可能在多种蛋白质中存在。刘连成等人从地衣芽孢杆菌中克隆得到碱性果胶酶的结构基因,并在大肠杆菌中进行了表达,发酵液菌体碱性果胶酶酶活为12u/mL(刘连成等 2008)。申艳红等采用PCR末端扩增方法,得到了番木瓜果肉中果胶裂解酶基因的完整编码序列,同时设计引物,克隆得到果胶裂解酶的全长序列,表明了该序列编码385个氨基酸,与许多水果类植物的氨基酸序列的同源性有很高相似性(申艳红等2009)。
六、果胶酶的应用
果胶酶在工业上有着广泛的应用,到目前为止,果胶酶在食品工业(尤华等 2002)、饲料加工、造纸、苎麻脱胶(曲志敏等 1995)和木材防腐等方面都有着重大的应用价值。
食品工业上,特别是在水果加工工业中果胶酶的应用十分广泛,使用果胶酶可以使果汁的粘度和浊度降低,增强其口感。加工过程中使用果胶酶还可以提高榨汁速率。日本山梨大学教授在研究中发现:使用果胶酶而得到的分解物有很强的抗菌作用,尤其是对大肠杆菌有显著的抑制作用。
在饲料生产工业上,由于植物性原料中含有果胶质,它是一种抗营养因子,影响饲料的利用率。饲料中添加果胶酶能有效的降解果胶质,能有效促进营养成分吸收,从而提高饲料的利用率(黄娟 2007)。
造纸工业上,果胶酶可以将果胶或者聚半乳糖醛酸降解,减少纸张漂白过程中阳离子的使用。在热磨机械纸浆过程中,溶解性的胶体物会释放出来阴离子多糖,使用果胶酶可以消除其危害,还可以提高纸浆的质量。
苎麻脱胶工艺上果胶酶的应用也较为广泛,由于麻类植物中含有纤维素、果胶半纤维素等,其中非纤维部分占麻类成分的20-30%,纺织时须去除。化学脱胶法操作条件艰苦,且产生大量废水。利用果胶酶分解麻类的果胶质,减少了环境的污染,且人工操作简单,节约人力物力。
木材防腐工业上,刚砍伐的木材对如杂酚油或铜、铬等防腐剂处理有抗性。经过果胶酶处理后,木材的理化结构变化很大,使得它通透性增加,加强了防腐剂的使用效果(顾佳佳等 2006)。
参考文献:
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