CN102533607B - 一株产β-半乳糖苷酶的菌株及用该酶生产低聚半乳糖的方法 - Google Patents

一株产β-半乳糖苷酶的菌株及用该酶生产低聚半乳糖的方法 Download PDF

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Abstract

一株产β-半乳糖苷酶的菌株及用该酶生产低聚半乳糖的方法，属于食品生物技术领域。本发明涉及一株从土壤中筛选而来的阿耶波多芽孢杆菌（Bacillusaryabhattai）SK22.003，保藏编号为CCTCCNO：M2011464。以此阿耶波多芽孢杆菌为发酵菌株，以乳糖为碳源、酵母膏和蛋白胨为氮源及无机盐组成发酵培养基，发酵生产β-半乳糖苷酶，发酵后经检测，在发酵液中酶活达到1-25U/mL。将β-半乳糖苷酶添加到5%-60%乳糖溶液中催化合成低聚半乳糖，转化4-36h，产率达35%以上。本发明方法生产的低聚半乳糖产品安全可靠，是一种很有市场潜力的功能性食品配料。

Description

一株产β-半乳糖苷酶的菌株及用该酶生产低聚半乳糖的方法
技术领域
本发明涉及能够生产β-半乳糖苷酶的一种微生物菌株及其培养发酵生产β-半乳糖苷酶，并将该酶用于生物制备低聚半乳糖的方法，属于食品生物技术领域。更具体的说，本发明涉及来源于土壤的阿耶波多芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）SK 22.003，保藏编号为CCTCC NO：M 2011464，它能够产生β-半乳糖苷酶，并利用该β-半乳糖苷酶催化乳糖合成低聚半乳糖（Galactooligosaccharides）。
背景技术
近年来，功能食品成为广大消费者关注的热点，更是广大食品从业者研发的焦点。糖尿病、肥胖和心血管疾病人群的逐年增加和低龄化，使得低热量、具有更多功能营养特性的功能性甜味剂成为关注的热点。
低聚半乳糖是由半乳糖基和葡萄糖基构成的聚合度为 2～8 的低聚糖，具有低分子量水溶性膳食纤维的特点，黏度低，水溶性好，不结合矿物质，口感清爽，热值较低，甜度为蔗糖的20%-40%；对酸和热都很稳定，在180℃或pH 3.0条件下不分解。低聚半乳糖还具有非致龋齿性、非消化性、促进肠道双岐杆菌增殖等生理功能。
因此，低聚半乳糖作为一种功能性食品添加剂广泛应用于乳制品、糖果、罐头等食品。
酶法合成是工业化生产低聚半乳糖的主要途径。β-半乳糖苷酶属于水解酶类，同时具有转移酶类性质。一方面，β-半乳糖苷酶可以催化乳糖水解生成葡萄糖和半乳糖，另一方面，还可以催化半乳糖基转移至乳糖等受体上的转移反应。
酶法合成低聚半乳糖的产率受多种因素影响，酶的来源直接影响酶法合成的低聚半乳糖的结构和产率。迄今为止，已发现多种微生物可以产生此酶，其中主要集中在米曲霉(A. oryzae)、黑曲霉(A. niger)和乳酸克鲁维酵母(K. lactis)。
本发明人深入调查和研究了现有技术并对各种高收率生产低聚半乳糖的方法进行了研究，最终我们筛选到一株能产生β-半乳糖苷酶的新微生物，证明了通过此酶与高浓度的乳糖反应能得到高转化率的低聚半乳糖，并通过浓缩干燥等手段得到低聚半乳糖的糖浆或粉末。基于上述发现提出了本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的微生物，它能够生产高酶活的β-半乳糖苷酶。
本发明的另一个目的是提供一种该β-半乳糖苷酶与高浓度乳糖溶液反应的方法，以得到高转化率的低聚半乳糖。
本发明的再一个目的是提供一种低聚半乳糖提纯与精制的方法，以得到高浓度的低聚半乳糖糖浆或粉末。
为了实现上述目的，本发明提供一种来源于土壤的阿耶波多芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）SK 22.003，其为能够产生β-半乳糖苷酶的菌株，并利用该β-半乳糖苷酶转化乳糖生成低聚半乳糖。
本发明的技术方案：一株产β-半乳糖苷酶的菌株，其分类命名为阿耶波多芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）SK 22.003，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2011464。
用所述的微生物阿耶波多芽孢杆菌CCTCC NO：M 2011464，发酵生产β-半乳糖苷酶的方法，步骤为：
（1）种子培养
种子培养基：乳糖1-20g/L，酵母膏1-20g/L，蛋白胨1-10g/L，pH7.0，去离子水配制；
种子培养条件：CCTCC NO：M 2011464菌株于30-37℃、100-250rpm的振荡速度下在种子培养基中培养10-20h活化该菌株；
（2）发酵培养
发酵培养基：乳糖1-30g/L，酵母膏1-20g/L，蛋白胨1-20g/L，氯化钙0.11g/L，硫酸锰0.001 g/L，硫酸镁0.3 g/L，磷酸二氢钾0.05 g/L，硫酸铁0.03 g/L，pH7.0，去离子水配制；
发酵条件：接种量1%-10%，在30-37℃、搅拌速度100-700rpm、空气流量0.1-1.0vvm的条件下在发酵培养基中发酵10-30h生产β-半乳糖苷酶；
（3）发酵后处理
发酵液经冷冻离心后收集湿菌体，用pH7.0的0.1mol/L磷酸盐缓冲液制成菌悬液，然后菌体细胞破壁提取出β-半乳糖苷酶；冷冻离心后，收集的上清液即为粗酶液，经检测酶活达到1-25 U/mL；
或β-半乳糖苷酶粗酶液进一步超滤浓缩，或用硫酸铵沉淀蛋白质，离心和冷冻干燥得到β-半乳糖苷酶的粗酶粉。
用制备的β-半乳糖苷酶转化乳糖生产低聚半乳糖的方法，向底物乳糖溶液中添加β-半乳糖苷酶进行催化转化，转化反应条件为：乳糖溶液的乳糖质量浓度为5%-60%，酶对底物用量为1-30U/g乳糖干基计，pH5.0-8.0，转化反应温度为40-55℃，转化反应时间4-36h，产率可达35%以上，得到含有低聚半乳糖的酶反应液，进一步加工处理制备低聚半乳糖糖浆或低聚半乳糖粉末。
低聚半乳糖糖浆的制备方法，步骤为：
（1）脱色
在含有低聚半乳糖的酶反应液中添加酶反应液固形物质量含量0.2%-2.0%的活性炭，在50-80℃下温育10-60min，然后进行硅藻土过滤，取脱色液；
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为20%-80%，即得低聚半乳糖糖浆。
低聚半乳糖粉末的制备方法，步骤为：
（1）脱色
同制备低聚半乳糖糖浆所述的脱色步骤；
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为20%-80%的浓缩液；
（3）喷雾干燥
将麦芽糊精与以固形物含量干基计的低聚半乳糖浓缩液按照重量比1:1-1:5的比例混合，控制进风温度150-200℃、出风温度为50-100℃，喷雾干燥，得到含麦芽糊精的低聚半乳糖粉末。
本发明的有益效果：本发明涉及一株从土壤中筛选而来的阿耶波多芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）SK 22.003，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M 2011464。以此菌为发酵菌株，以乳糖为碳源、酵母膏和蛋白胨为氮源及无机盐等组成发酵培养基，发酵生产β-半乳糖苷酶，发酵后经检测，在发酵液中酶活达到1-25 U/mL。将β-半乳糖苷酶添加到5%-60%乳糖溶液中催化合成低聚半乳糖，转化4-36 h，产率达35%以上。本发明方法生产的低聚半乳糖产品安全可靠，是一种很有市场潜力的功能性甜味剂。
生物材料样品保藏：一株用于微生物转化发酵生产β-半乳糖苷酶的菌株，其分类命名为阿耶波多芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）SK 22.003，已保藏于中国典型培养物保藏中心，简称CCTCC，地址：中国武汉武汉大学，保藏编号为CCTCC M 2011464，保藏日期2011年12月12日。
具体实施方式
以下是阿耶波多芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）SK 22.003进行发酵生产β-半乳糖苷酶及酶法转化生产低聚半乳糖的实施例，但本发明并不限于所列出的几个实例。
实施例1  β-半乳糖苷酶粗酶液的制备
将菌株SK 22.003经种子培养活化后，在含乳糖1-30g/L，酵母膏1-20g/L，蛋白胨1-20g/L，氯化钙0.11 g/L，硫酸锰0.001 g/L，硫酸镁0.3 g/L，磷酸二氢钾0.05 g/L，硫酸铁0.03 g/L，pH7.0的培养基中，接种量1%-10%，在37℃，200rpm、空气流量0.1-1.0vvm的条件下培养24h，之后冷冻离心得湿菌体，再将菌体用pH7.0的0.1mol/L磷酸盐缓冲液重悬后超声破碎，冷冻离心收集上清液即得β-半乳糖苷酶粗酶液。 
实施例2  酶法转化乳糖生成低聚半乳糖
向质量浓度40%乳糖溶液中添加β-半乳糖苷酶催化转化，转化条件为：底物乳糖质量浓度为40%，酶对底物用量为1-30U/g乳糖干基计，pH7.0，转化反应温度为45℃，转化反应时间24h，通过高效液相色谱测得酶反应液中含35%低聚半乳糖。
实施例3   低聚半乳糖糖浆的制备
（1）脱色
在含有低聚半乳糖的酶反应液中添加酶反应液固形物质量含量0.2%-2.0%的活性炭，在80℃下温育30min，然后进行硅藻土过滤，取脱色液；
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为20%-80%，即得低聚半乳糖糖浆。
实施例4  低聚半乳糖粉末的制备
（1）脱色
同制备低聚半乳糖糖浆所述的脱色步骤；
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为20%-80%的浓缩液；
（3）喷雾干燥
将麦芽糊精与以固形物含量干基计的低聚半乳糖浓缩液按照重量比1:1-1:5的比例混合，控制进风温度150-200℃、出风温度为50-100℃，喷雾干燥，得到含麦芽糊精的低聚半乳糖粉末。

Claims (2)

1.一株产β-半乳糖苷酶的菌株，其分类命名为阿耶波多芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）SK 22.003，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2011464。
2.用权利要求1所述的CCTCC NO：M 2011464菌株发酵生产β-半乳糖苷酶的方法，其特征在于步骤为：
（1）种子培养
种子培养基：乳糖1-20g/L，酵母膏1-20g/L，蛋白胨1-10g/L，pH7.0，去离子水配制；
种子培养条件：CCTCC NO：M 2011464菌株于30-37℃、100-250rpm的振荡速度下在种子培养基中培养10-20h活化该菌株；
（2）发酵培养
发酵培养基：乳糖1-30g/L，酵母膏1-20g/L，蛋白胨1-20g/L，氯化钙0.11 g/L，硫酸锰0.001 g/L，硫酸镁0.3 g/L，磷酸二氢钾0.05 g/L，硫酸铁0.03 g/L，pH7.0，去离子水配制；
发酵条件：接种量1%-10%，在30-37℃、搅拌速度100-700rpm、空气流量0.1-1.0vvm的条件下在发酵培养基中发酵10-30h生产β-半乳糖苷酶；
（3）发酵后处理
发酵液经冷冻离心后收集湿菌体，用pH7.0的0.1mol/L磷酸盐缓冲液制成菌悬液，然后菌体细胞破壁提取出β-半乳糖苷酶；冷冻离心后，收集的上清液即为粗酶液，经检测酶活达到1-25 U/mL；
或β-半乳糖苷酶粗酶液进一步超滤浓缩，或用硫酸铵沉淀蛋白质，离心和冷冻干燥得到β-半乳糖苷酶的粗酶粉。
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