CN109182206B - 一株高产复合酶的枯草芽孢杆菌及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一株高产复合酶的枯草芽孢杆菌及其应用。本发明提供的枯草芽孢杆菌KC180,保藏编号为CCTCC NO:M 2018492。本发明还保护枯草芽孢杆菌KC180在生产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶中的应用。本发明提供的枯草芽孢杆菌KC180,可用于生产多种酶(淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶),且在较高温度(50℃)下具有最高产量,对于多种酶制剂以及复合酶制剂的制备具有重大的应用推广价值。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及一株高产复合酶的枯草芽孢杆菌及其应用。
背景技术
淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称,用作果汁加工中的淀粉分解和提高过滤速度以及蔬菜加工、糖浆制造、葡萄糖等加工制造。蛋白酶是水解蛋白质肽链的一类酶的总称,是最重要的一种工业酶制剂,能催化蛋白质和多肽水解,在干酪生产、肉类嫩化和植物蛋白改性中都大量的使用蛋白酶。纤维素酶(β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称,在食品行业和环境行业均有广泛应用。
重离子是一种比质子重的带电粒子,可以直接引起电离,通常包含带电的氦、碳及氖离子等。重离子产生诱变的主要特征是能量沉积、动量传递和遗传物质的质子转移和重排。与传统的诱变源相比,重离子束具有以下特点:(1)传能线密度大,能在生物介质中产生高密度的电离、激发、能量和质量沉积,造成生物介质的损伤,因而突变率高;(2)能量沉积过程中,在其射程末端存在一个尖锐的能量损失峰,即Bragg 峰,使得生物样品的局部受损,这种局部受损的位置可随离子能量的高低而变化,是选择可控的,因此可以通过调控离子能量进行定点和定位诱变,故而突变谱广;(3) 损伤后修复效应小,可产生大量的突变且突变体稳定;(4)相对生物学效应高。与X 射线、γ射线相比,重离子束具有更高的生物学效应,重离子诱变突变率高、突变谱广,不易回复突变。
发明内容
本发明的目的是提供一株高产复合酶的枯草芽孢杆菌及其应用。
本发明提供的枯草芽孢杆菌KC180,全称为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)KC180,已于2018年7月25日保藏于中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC,地址为:中国,武汉,武汉大学),保藏编号为CCTCC NO:M 2018492。
本发明还保护枯草芽孢杆菌KC180在生产淀粉酶中的应用。
本发明还保护枯草芽孢杆菌KC180在生产蛋白酶中的应用。
本发明还保护枯草芽孢杆菌KC180在生产纤维素酶中的应用。
本发明还保护枯草芽孢杆菌KC180在生产内切葡萄糖苷酶中的应用。
本发明还保护枯草芽孢杆菌KC180在生产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶中的应用。
本发明还保护一种试剂盒,含有枯草芽孢杆菌KC180;
所述试剂盒的功能为如下(a)、(b)、(c)、(d)或(e):
(a)生产淀粉酶;
(b)生产蛋白酶;
(c)生产纤维素酶;
(d)生产内切葡萄糖苷酶;
(e)生产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶。
本发明还保护枯草芽孢杆菌KC180的发酵上清。
所述发酵上清的制备方法:将枯草芽孢杆菌KC180接种至发酵培养基,30℃-55℃(具体可为45℃-55℃,更具体可为50℃)培养。所述培养的时间可为36小时。枯草芽孢杆菌KC180在发酵培养基中的初始浓度具体可为5×105cfu/mL。
发酵培养基(pH5.5):无水葡萄糖5g、胰蛋白胨10g、酵母提取粉5g、磷酸二氢钾1g、氯化钠5g、硫酸镁0.5g、硫酸锰5mg、可溶性淀粉5g,用水定容至1000mL。
发酵培养基(pH5.5):无水葡萄糖5g、胰蛋白胨10g、酵母提取粉5g、磷酸二氢钾1g、氯化钠5g、硫酸镁0.5g、硫酸锰5mg,用水定容至1000mL。
发酵培养基(pH5.5):无水葡萄糖5g、胰蛋白胨10g、酵母提取粉5g、磷酸二氢钾1g、氯化钠5g、硫酸镁0.5g、硫酸锰5mg、羧甲基纤维素钠5g,用水定容至1000mL。
本发明还保护所述发酵上清的应用,为如下(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)或(Ⅴ):
(Ⅰ)作为淀粉酶;
(Ⅱ)作为蛋白酶;
(Ⅲ)作为纤维素酶;
(Ⅳ)作为内切葡萄糖苷酶;
(Ⅴ)作为复合酶;所述复合酶为淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶。
本发明还保护一种试剂盒,含有所述发酵上清;
所述试剂盒的功能为如下(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)或(Ⅴ):
(Ⅰ)作为淀粉酶;
(Ⅱ)作为蛋白酶;
(Ⅲ)作为纤维素酶;
(Ⅳ)作为内切葡萄糖苷酶;
(Ⅴ)作为复合酶;所述复合酶为淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶。
本发明提供的枯草芽孢杆菌KC180,可用于生产多种酶(淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶),且在较高温度(50℃)下具有最高产量,对于多种酶制剂以及复合酶制剂的制备具有重大的应用推广价值。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。枯草芽孢杆菌20076,即CICC中编号为20076的菌株。
实施例1、高产复合酶的枯草芽孢杆菌的获得
一、通过重离子诱变获得突变菌株
1、取指数生长期的枯草芽孢杆菌20076,制成浓度为106个/mL的菌悬液。
2、将5mL步骤1制备菌悬液置于辐照皿中,使用重离子加速器提供的12C6+离子束进行辐照。分别设置如下辐照剂量:0Gy、60Gy、80Gy、100Gy、120Gy、140Gy或180Gy。
3、取完成辐照后的菌液,进行涂平板,获得若干纯培养的菌株。
二、对突变菌株中筛选高产复合酶的菌株
1、筛选高产淀粉酶菌株
(1)初筛
将待测菌株点种法点种在淀粉筛选培养基上,37℃培养48h。待在淀粉筛选培养基上长出菌落后将菌落刮离,然后通过滴加卢戈氏碘液观测透明圈。测量平板上透明圈直径(H)与菌落直径(C),挑选H/C比较大的菌株即为淀粉酶初筛菌株。
淀粉筛选培养基:蛋白胨5g、酵母粉5g、氯化钠5g、硫酸镁0.2g、硫酸锰0.005g、淀粉5g、琼脂15g,用水定容至1000mL。
(2)复筛
通过液体发酵试验进行复筛。
2、筛选高产蛋白酶菌株
(1)初筛
将待测菌株点种法点种在酪素筛选培养基上,37℃培养48h。待在酪素选择培养基上长出菌落后将菌落刮离,然后通过观测透明圈。测量平板上透明圈直径(H)与菌落直径(C),挑选H/C比较大的菌株即为蛋白酶初筛菌株。
酪素筛选培养基:蛋白胨5g、酵母粉5g、氯化钠5g、硫酸镁0.2g、硫酸锰0.005g、酪素4g、琼脂15g,用水定容至1000mL。
(2)复筛
通过液体发酵试验进行复筛。
3、筛选高产纤维素酶菌株
(1)初筛
将待测菌株点种法点种在羧甲基纤维素钠刚果红筛选培养基上,37℃培养48h。然后通过观测透明圈,测量平板上透明圈直径(H)与菌落直径(C),挑选H/C比较大的菌株即为纤维素酶初筛菌株。
羧甲基纤维素钠刚果红筛选培养基:酵母粉5g、氯化钠5g、硫酸镁0.2g、硫酸锰0.005g、羧甲基纤维素钠5g、刚果红0.2g、琼脂15g,用水定容至1000mL。
(2)复筛
通过液体发酵试验进行复筛。
在上述步骤1、步骤2和步骤3的基础上,获得一株同时高产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶的菌株,将其命名为枯草芽孢杆菌KC180。
三、菌株的保藏
枯草芽孢杆菌KC180,全称为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)KC180,已于2018年7月25日保藏于中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC,地址为:中国,武汉,武汉大学),保藏编号为CCTCC NO:M 2018492。
实施例2、菌株生产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶的能力
供试菌株为:枯草芽孢杆菌20076或枯草芽孢杆菌KC180。
一、菌株生产淀粉酶的能力
1、将供试菌株接种至发酵培养基(菌株在发酵培养基中的初始浓度为5×105cfu/mL),180rpm振荡培养36小时。发酵温度分别设置为:30℃、35℃、40℃、45℃、 50℃或55℃。
发酵培养基(pH5.5):无水葡萄糖5g、胰蛋白胨10g、酵母提取粉5g、磷酸二氢钾1g、氯化钠5g、硫酸镁0.5g、硫酸锰5mg、可溶性淀粉5g,用水定容至1000mL。
2、完成步骤1后,4℃、8000rpm离心15min,收集上清液,即为粗酶液。
3、麦芽糖标准曲线的绘制
采用蒸馏水为溶剂,配置0.1mg/mL-0.7mg/mL的麦芽糖标准溶液。取2mL麦芽糖标准溶液、2mL DNS试剂加到试管中摇匀,沸水浴5min,然后立即冰浴终止反应,加 16mL蒸馏水摇匀,用紫外可见分光光度计于波长为540nm处测吸光度。以吸光度为横坐标,麦芽糖浓度为纵坐标,绘制麦芽糖标准曲线。
4、采用蒸馏水为溶剂,将步骤2得到的粗酶液进行适度稀释,得到待测溶液。
5、取6支试管,每3支一组,一组作为试验组,另一组作对照组。每支对照组试管中加入1mL底物溶液、2mL DNS试剂和1mL待测溶液摇匀,沸水浴5min,然后立即冰浴终止反应,加16mL蒸馏水摇匀,用紫外可见分光光度计于波长为540nm处测吸光度。每支试验组试管中加入1mL底物溶液和1mL待测溶液摇匀,置于50℃水浴锅中反应1h,然后加入2mL DNS试剂并摇匀,沸水浴5min,然后立即冰浴终止反应,加16mL 蒸馏水摇匀,用紫外可见分光光度计于波长为540nm处测吸光度。
底物溶液(pH6.5):将0.5g可溶性淀粉(天津市红岩化学试剂厂,其产品目录号9005-84-9)溶于pH6.5磷酸缓冲液并定容至100mL。
试验组吸光度-对照组吸光度=吸光度差值。
根据吸光度差值,对照麦芽糖标准曲线,得到麦芽糖的产量。
根据麦芽糖产量和稀释倍数,计算得到粗酶液的酶活,即每毫升粗酶液每分钟催化可溶性淀粉生成麦芽糖的产量,酶活单位为μg/mL/min。
酶活结果见表1。
表1
枯草芽孢杆菌20076 | 枯草芽孢杆菌KC180 | |
发酵温度为30℃ | 20.111 | 41.632 |
发酵温度为35℃ | 31.272 | 69.410 |
发酵温度为40℃ | 25.116 | 70.561 |
发酵温度为45℃ | 24.365 | 70.311 |
发酵温度为50℃ | 10.701 | 76.567 |
发酵温度为55℃ | 10.251 | 19.560 |
与枯草芽孢杆菌20076相比,枯草芽孢杆菌KC180的淀粉酶活显著提高,最适温度也由35℃变为50℃。
二、菌株生产蛋白酶的能力
1、将供试菌株接种至发酵培养基(菌株在发酵培养基中的初始浓度为5×105cfu/mL),37℃、180rpm振荡培养36小时。
发酵培养基(pH5.5):无水葡萄糖5g、胰蛋白胨10g、酵母提取粉5g、磷酸二氢钾1g、氯化钠5g、硫酸镁0.5g、硫酸锰5mg,用水定容至1000mL。
2、完成步骤1后,4℃、8000rpm离心15min,收集上清液,即为粗酶液。
3、L-酪氨酸标准曲线的绘制
采用0.1mol/L HCl溶液为溶剂,配置0μg/mL、10μg/mL、20μg/mL、30μg/mL、 40μg/mL、50μg/mL、60μg/mL或70μg/mL的酪氨酸标准品溶液。取1mL酪氨酸标准品溶液加入到试管中,然后加入5mL 0.4mol/L的Na2CO3水溶液和1mL Folin-Phenol 试剂,混匀,在40℃的恒温水浴锅孵育20min。用紫外可见分光光度计在680nm的波长下测吸光度(蒸馏水调零)。以吸光度为y轴标,L-酪氨酸浓度为x轴绘制L-酪氨酸标准曲线。
4、采用蒸馏水为溶剂,将步骤3得到的粗酶液进行适度稀释,得到待测溶液。
5、酶活检测
试验组(三个重复处理):试管中加入1mL待测溶液,置于40℃水浴锅中孵育2min,然后依次加入1mL底物溶液和2mL 0.4mol/L三氯乙酸水溶液,摇匀,将试管静置10min,然后用慢速滤纸过滤并收集滤液;将1mL滤液加至新的试管中,依次加入5mL 0.4mol/L 碳酸钠水溶液和1mL Folin-Phenol试剂,摇匀,在40℃的恒温水浴锅孵育20min。用紫外可见分光光度计在680nm的波长下测吸光度(蒸馏水调零)。
对照组(三个重复处理):试管中加入1mL待测溶液,置于40℃水浴锅中孵育2min,然后依次加入2mL 0.4mol/L三氯乙酸水溶液和1mL底物溶液,摇匀,将试管静置10min,然后用慢速滤纸过滤并收集滤液;将1mL滤液加至新的试管中,依次加入5mL 0.4mol/L 碳酸钠水溶液和1mL Folin-Phenol试剂,摇匀,在40℃的恒温水浴锅孵育20min。用紫外可见分光光度计在680nm的波长下测吸光度(蒸馏水调零)。
底物溶液:将1g酪蛋白(广东环凯微生物科技有限公司,产品目录号9000-71-9)溶于pH7.5磷酸缓冲液并定容至100mL。
试验组吸光度-对照组吸光度=吸光度差值。
根据吸光度差值,对照L-酪氨酸标准曲线,得到酪氨酸的产量。
根据酪氨酸产量和稀释倍数,计算得到粗酶液的酶活,即每毫升粗酶液每分钟催化酪蛋白生成酪氨酸的产量,酶活单位为μg/mL/min。
枯草芽孢杆菌20076的粗酶液的酶活为157.33μg/mL/min。
枯草芽孢杆菌KC180的粗酶液的酶活为181.15μg/mL/min。
三、菌株生产纤维素酶(内切葡萄糖苷酶)的能力
1、将供试菌株接种至发酵培养基(菌株在发酵培养基中的初始浓度为5×105cfu/mL),180rpm振荡培养36小时。发酵温度分别设置为:30℃、35℃、40℃、45℃或55℃。
发酵培养基(pH5.5):无水葡萄糖5g、胰蛋白胨10g、酵母提取粉5g、磷酸二氢钾1g、氯化钠5g、硫酸镁0.5g、硫酸锰5mg、羧甲基纤维素钠5g,用水定容至1000mL。
2、完成步骤1后,4℃、8000rpm离心15min,收集上清液,即为粗酶液。
3、葡萄糖标准曲线的绘制
采用蒸馏水为溶剂,配置0.1mg/mL-0.7mg/mL的葡萄糖标准溶液。取3mL葡萄糖标准溶液、1mL DNS试剂加到试管中摇匀,沸水浴5min,然后立即冰浴终止反应,加 16mL蒸馏水摇匀,用紫外可见分光光度计于波长为540nm处测吸光度。以吸光度为横坐标,葡萄糖浓度为纵坐标,绘制葡萄糖标准曲线。
4、采用蒸馏水为溶剂,将步骤2得到的粗酶液进行适度稀释,得到待测溶液。
5、取6支试管,每3支一组,一组作为试验组,另一组作对照组。每支对照组试管中加入2mL底物溶液、1mL DNS试剂和1mL待测溶液摇匀,沸水浴5min,然后立即冰浴终止反应,加16mL蒸馏水摇匀,用紫外可见分光光度计于波长为540nm处测吸光度。每支试验组试管中加入2mL底物溶液和1mL待测溶液摇匀,置于50℃水浴锅中反应1h,然后加入1mL DNS试剂并摇匀,沸水浴5min,然后立即冰浴终止反应,加16mL 蒸馏水摇匀,用紫外可见分光光度计于波长为540nm处测吸光度。
底物溶液:将0.5g羧甲基纤维素钠(生工生物工程(上海)股份有限公司产品目录号9004-32-4)溶于pH7.5的磷酸缓冲液并定容至100mL。
试验组吸光度-对照组吸光度=吸光度差值。
根据吸光度差值,对照葡萄糖标准曲线,得到葡萄糖的产量。
根据葡萄糖产量和稀释倍数,计算得到粗酶液的酶活,即每毫升粗酶液每分钟催化羧甲基纤维素钠生成葡萄糖的产量,酶活单位为μg/mL/min。
酶活结果见表2。
表2
枯草芽孢杆菌20076 | 枯草芽孢杆菌KC180 | |
发酵温度为30℃ | 2.283 | 2.284 |
发酵温度为35℃ | 2.947 | 2.998 |
发酵温度为37℃ | 3.596 | 3.640 |
发酵温度为40℃ | 3.457 | 3.840 |
发酵温度为45℃ | 1.666 | 3.902 |
发酵温度为50℃ | 0 | 4.825 |
发酵温度为55℃ | 0 | 4.019 |
与枯草芽孢杆菌20076相比,枯草芽孢杆菌KC180的内切葡聚糖苷酶酶活显著提高,最适温度也由37℃变为50℃。
Claims (10)
1.枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)KC180,其保藏编号为CCTCC NO:M 2018492。
2.权利要求1所述枯草芽孢杆菌在生产淀粉酶中的应用。
3.权利要求1所述枯草芽孢杆菌在生产蛋白酶中的应用。
4.权利要求1所述枯草芽孢杆菌在生产纤维素酶中的应用。
5.权利要求1所述枯草芽孢杆菌在生产内切葡萄糖苷酶中的应用。
6.权利要求1所述枯草芽孢杆菌在生产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶中的应用。
7.一种试剂盒,含有权利要求1所述枯草芽孢杆菌;
所述试剂盒的功能为如下(a)、(b)、(c)、(d)或(e):
(a)生产淀粉酶;
(b)生产蛋白酶;
(c)生产纤维素酶;
(d)生产内切葡萄糖苷酶;
(e)生产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶。
8.权利要求1所述枯草芽孢杆菌的发酵上清。
9.权利要求8所述发酵上清的应用,为如下(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)或(Ⅴ):(Ⅰ)作为淀粉酶;
(Ⅱ)作为蛋白酶;
(Ⅲ)作为纤维素酶;
(Ⅳ)作为内切葡萄糖苷酶;
(Ⅴ)作为复合酶;所述复合酶为淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶。
10.一种试剂盒,含有权利要求8所述发酵上清;
所述试剂盒的功能为如下(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)或(Ⅴ):
(Ⅰ)作为淀粉酶;
(Ⅱ)作为蛋白酶;
(Ⅲ)作为纤维素酶;
(Ⅳ)作为内切葡萄糖苷酶;
(Ⅴ)作为复合酶;所述复合酶为淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶。
Priority Applications (1)
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产复合酶枯草芽孢杆菌QLB6的激光诱变育种;宋鹏;《食品科学》;20111231;第32卷(第9期);第222-224页 * |
红树林根际土壤中产三种酶枯草芽孢杆菌的分离鉴定;马军;《琼州学院学报》;20151030;第22卷(第5期);第61-66页 * |
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