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    β-半乳糖苷酶固定化研究

    2016-10-27 02:54:58江賢君包建波

    江賢君,包建波

    (1.武漢輕工大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院,湖北 武漢430023,2.武漢博藍(lán)科技發(fā)展有限公司,湖北 武漢430014)

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    β-半乳糖苷酶固定化研究

    江賢君1,包建波2

    (1.武漢輕工大學(xué) 生物與制藥工程學(xué)院,湖北 武漢430023,2.武漢博藍(lán)科技發(fā)展有限公司,湖北 武漢430014)

    用微孔陶瓷吸附和戊二醛交聯(lián)復(fù)合法制備了固定化β-半乳糖苷酶。試驗(yàn)結(jié)果表明:用3mm微孔陶瓷吸附,以2.0%戊二醛,時(shí)間1.5 h,溫度25 ℃交聯(lián)后,獲得固定化酶活為146 U/g,固定化酶活力回收率為60.8%。固定化酶最適溫度為50 ℃,最適pH=7。固定化酶的km=5.6 mmol/L。半衰期為33d。

    微孔陶瓷;固定化;β-半乳糖苷酶

    1 引言

    β-半乳糖苷酶亦稱(chēng)乳糖酶,廣泛用于乳制品工業(yè),生產(chǎn)中以游離酶形式水解乳糖生產(chǎn)低乳糖牛奶以緩解乳糖不耐癥[1]。乳糖酶來(lái)源于微生物合成,分泌量小,提取成本高,導(dǎo)致乳糖酶價(jià)格高,因此很多科技工作者進(jìn)行了大量研究尋找合適方法將乳糖酶固定化以降低生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)報(bào)道固定化方法有[2~8]明膠包埋固定法,樹(shù)脂吸附交聯(lián)固定法,有機(jī)試劑交聯(lián)法,殼聚糖吸附交聯(lián)固定法以及磁性微球固定法等??紤]到工業(yè)生產(chǎn)對(duì)固定化酶諸多要求,本研究以微孔陶瓷為固定化酶支撐載體,再用戊二醛交聯(lián)形成固定化酶,制得的固定化酶酶活回收高,最適溫度提高,半衰期延長(zhǎng),具有生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值。

    2 材料與方法

    2.1材料與試劑

    β-D-半乳糖苷酶(哈爾濱美華生物技術(shù)股份有限公司,比活力>3 000 IU/g,溫度39 ℃,pH6.8,溶液中25 ℃半衰期8d);微孔陶瓷(廣東佛山陶瓷研究所,粒徑3 mm,孔容>46%,蛋白吸附專(zhuān)用);其它試劑為市售(分析純)。

    2.2主要儀器

    實(shí)驗(yàn)室玻璃填充柱:φ2×25 cm;

    WFJ7200型可見(jiàn)分光光度計(jì)(尤尼柯儀器有限公司);

    工件的加工表面質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的使役性能,在實(shí)際生產(chǎn)中必須加以嚴(yán)格控制,如發(fā)動(dòng)機(jī)零件的表面層燒傷會(huì)引起使用壽命大幅度下降。目前,工程中常用的燒傷評(píng)價(jià)方法主要有:目測(cè)法、酸洗法、表面顯微硬度法等,均屬于定性評(píng)價(jià)方法,且后兩者屬于破壞性方法。圖18為高溫合金典型的表面燒傷圖像,從圖18(a)到圖18(e)燒傷程度依次變得嚴(yán)重。

    電子天平,pH儀,集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,水浴鍋等。

    2.3試驗(yàn)方法

    綜合新零售城市創(chuàng)新各分項(xiàng)指數(shù)來(lái)看,當(dāng)前成都市新零售的領(lǐng)先之處在于:擁有全國(guó)領(lǐng)先的品牌數(shù)字化智慧門(mén)店數(shù)量、物流網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量,同時(shí)在進(jìn)口高端商品的消費(fèi)上也擁有一定領(lǐng)先勢(shì)能。作為一個(gè)美食之都,成都外賣(mài)已經(jīng)滲透在各個(gè)領(lǐng)域,品類(lèi)多、味道好、客單價(jià)高的趨勢(shì)顯現(xiàn)。成都打造的“10分鐘經(jīng)濟(jì)圈”,讓其成為國(guó)內(nèi)便利店數(shù)量最多的城市之一。未來(lái),成都人三公里范圍將有專(zhuān)屬理想生活圈。

    2.3.1分析檢測(cè)方法

    2.3.1.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)[8]

    乳糖水解后還原糖含量增加,因此在稀溶液中可用DNS法繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn),并以此為依據(jù)定義酶活力和比較酶活力大小。制得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)如圖1(y = 0.953 3x, R2= 0.998 7)所示。

    2.3.1.2酶活力測(cè)定[9]

    用pH6.8的磷酸鹽緩沖液,配制濃度為1 g/L的乳糖酶溶液。取一定量的酶加入到45 g/l乳糖溶液中,在39 ℃條件下水浴10 min。然后取1 mL的反應(yīng)溶液置于100 ℃沸水中滅活10 min。將滅酶活的溶液稀釋100倍后,量取0.3 mL放入15 mL的帶塞子的試管中,再滴加0.4 mL的DNS,100 ℃水浴顯色2 min。冷卻后測(cè)量吸光度,計(jì)算酶活。定義乳糖酶的活力為:在39 ℃,pH = 6.8條件下反應(yīng)10 min,每分鐘使OD520增加0.000 1個(gè)單位為1個(gè)酶活力單位:

    乳糖酶比活U/g=(OD1-OD0)n×10 000/(0.953 3×m×10)單位:mg/(mL*min*g)

    OD1水解后乳糖液吸光度

    OD0水解前乳糖吸光度

    除了《合同法》上的一般規(guī)定,對(duì)于格式條款的效力問(wèn)題,《合同法》第四十條還做出了特殊規(guī)定,認(rèn)定提供格式條款的一方免除其責(zé)任、加重對(duì)方責(zé)任、排除對(duì)方主要權(quán)利的,該條款無(wú)效。那變更合同成立時(shí)點(diǎn)的格式條款是否屬于前述情形呢?

    2.3.3.3米氏常數(shù)的測(cè)定[10]

    女子望著他,努力抬高手臂,嘴巴微微開(kāi)闔,似乎是想要說(shuō)些什么。他急忙俯下身子,將耳朵貼到了女子的唇邊,女子卻只嘔出了一口血,然后便一動(dòng)也不動(dòng)了。

    m酶量(g)

    可見(jiàn)隨戊二醛濃度增加固定化酶失活越來(lái)越嚴(yán)重,因?yàn)槲於┘仁墙宦?lián)劑也是蛋白質(zhì)變性劑。

    10 10 min

    2.3.1.3固定化酶活力測(cè)定

    參照2.3.1.2方法取一定量固定化酶加入到乳糖溶液中,并在合適溫度,pH條件下測(cè)定。

    2.3.2固定化酶制備方法

    2.3.2.1微孔陶瓷吸附試驗(yàn)

    配制120 U/mL乳糖酶溶液(Ph = 6.8)1L,將預(yù)處理后微孔陶瓷50 g裝入φ2×25 cm玻璃填充柱,以100 mL該酶溶液反復(fù)流經(jīng)玻璃柱進(jìn)行吸附直至酶溶液比活不再下降為止,緩沖液清洗微孔陶瓷,干燥后冰箱保存,并測(cè)定吸附固定酶活力。

    2.3.2.2戊二醛交聯(lián)試驗(yàn)

    取1g吸附后的微孔陶瓷固定化酶加入交聯(lián)劑戊二醛復(fù)合固定化。分別在濃度為0.4 %、0.8 %、1.2 %、1.6 %、2 %,2.4%戊二醛溶液中進(jìn)行交聯(lián)試驗(yàn)確定合適戊二醛濃度;在0.5 h、1 h、1.5 h、2.0 h條件下交聯(lián)確定合適交聯(lián)時(shí)間;在20 ℃、25 ℃、30 ℃、3 5℃、40℃溫度條件下交聯(lián)確定合適交聯(lián)溫度;在此基礎(chǔ)上確定較佳戊二醛交聯(lián)條件組合。最后計(jì)算總活力回收率。

    2.3.3固定化酶性質(zhì)研究

    2.3.3.1固定化酶合適溫度

    一份菜加上一碗米飯是最常見(jiàn)的外賣(mài)搭配。有人喜歡吃葷,就點(diǎn)個(gè)紅燒排骨;有人喜歡吃素,常點(diǎn)素炒圓白菜,不管哪種菜肴,單獨(dú)與主食搭配都存在營(yíng)養(yǎng)缺陷。因此,點(diǎn)外賣(mài)一定要注意葷素搭配,肉類(lèi)和蔬菜都要有,不喜歡吃肉可以用蛋類(lèi)代替。如果一葷一素兩個(gè)菜吃不完,推薦點(diǎn)一個(gè)半葷半素的菜,比如青椒炒肉絲、西紅柿炒雞蛋。

    按2.3.1.2方法取等量酶溶液分別在25 ℃、30℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃條件下水解乳糖,比較相對(duì)活力大?。徊⑷〉攘繌?fù)合固定化酶分別在35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃條件下水解乳糖,比較相對(duì)活力大小。

    2.3.3.2固定化酶合適溫度

    按2.3.1.2方法分別取等量溶液酶在pH 5.5、6.0、 6.5、7.0、7.5、8.0、8.5緩沖液中39 ℃水解乳糖,比較相對(duì)活力大?。辉俜謩e取等量復(fù)合固定化酶在pH 5.5、6.0、 6.5、7.0、7.5、8.0、8.5緩沖液中50 ℃水解乳糖,比較相對(duì)活力大小。

    n稀釋倍數(shù)

    在兩組4個(gè)250 mL試劑瓶中用pH = 6.8緩沖液分別配制0.5,0.75,1.0,1.5 mmol/L的乳糖溶液,其中一組每瓶加入120 U游離酶,在39 ℃溫度下反應(yīng)30 min,測(cè)定酶活并計(jì)算反應(yīng)速度。在另一組每瓶加入1g固定化酶,在最適條件下測(cè)定酶活并計(jì)算反應(yīng)速度。最后由米氏方程通過(guò)雙倒數(shù)作圖求米氏常數(shù)km。

    對(duì)照組患者給予氨氯地平阿托伐他汀鈣(輝瑞制藥有限公司,國(guó)藥準(zhǔn)字J20130030,規(guī)格5 mg∶10 mg/片)治療,1次/d,1片/次,口服給藥。

    已知游離酶半衰期為8 d,測(cè)定固定化酶半衰期。稱(chēng)取10 g復(fù)合固定化酶置于100 mL pH為6.8緩沖溶液中,放置25 ℃恒溫箱密封保存,分別在保存的第1,2,3,4,5 d取1 g固定化酶進(jìn)行酶活力測(cè)定,然后依指數(shù)衰減定律測(cè)定固定化酶半衰期。

    3 結(jié)果與分析

    3.1吸附固定化酶回收率

    按2.3.2.1方法比較了溫度對(duì)吸附的影響,結(jié)果如圖2:

    圖2 溫度對(duì)吸附的影響

    可見(jiàn)在室溫條件下操作比較適宜。在填充柱室溫操作條件下,測(cè)定微孔陶瓷固定酶平均比活為220 U/g,游離酶比活為120 U/mL:

    莊昶認(rèn)為邵雍以及李白、杜甫、陳師道、黃庭堅(jiān)等人雖然在易、詩(shī)、文等方面有不足,但他們都是繼承先賢而來(lái),白璧微瑕?;诖朔N認(rèn)識(shí),莊昶將文分成不同的類(lèi)別,有詩(shī)人、文人之文,有圣人之文。在《滁州志序》中,莊昶以“天下之物固有遇不遇者,蓋亦數(shù)也”作喻,指出滁州不足為遇。不管是為官于此的韋應(yīng)物、王元之、歐陽(yáng)修,還是做客于此的蘇東坡、曾鞏、滿(mǎn)執(zhí)中,都是文人、詩(shī)人,他們不足以使滁州聞名,因?yàn)椤膀}雅余談,文章小技者,惡足以當(dāng)此哉”[3]卷六,1葉b-2葉a!他還以“月亮”為例,指出有詩(shī)人之月、文人之月、詩(shī)顛酒狂之月、自得性天之月。在他看來(lái),前三者之“月”無(wú)足取,唯有自得性天之月,即圣賢之月才值得追求和提倡:

    酶活回收率 =(50 × 固定酶比活)/(溶液酶體積 × 游離酶比活)

    =(50 × 220)/(100 × 120)

    =91.6%

    因此采用微孔陶瓷常溫下填充柱吸附操作簡(jiǎn)便,酶活回收高。

    從交聯(lián)試驗(yàn)看出戊二醛濃度與酶活呈負(fù)相關(guān)??紤]吸附洗脫影響并結(jié)合上述交聯(lián)試驗(yàn)條件結(jié)果,再在戊二醛濃度0.4 %、0.8 %、1.2 %、1.6 %、2 %,交聯(lián)時(shí)間1.5 h,室溫下制備固定化酶,然后將制得的固定化酶裝入填充柱,用pH = 6.8的緩沖液柱中洗脫12 h,測(cè)定酶活,結(jié)果如圖6:

    3.2.1戊二醛交聯(lián)濃度對(duì)固定化影響

    本研究試驗(yàn)地位于浙江紹興縣富盛鎮(zhèn)御茶村有限公司綠茶生產(chǎn)地,地理位置 29°56′N(xiāo),120°43′E,海拔165.7 m,坡度為18°,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,光能資源比較豐富;年平均降水量約1400 mm,多集中在春季和夏季,年平均降水天數(shù)為125.6 d,常年相對(duì)濕度80%,屬濕潤(rùn)地帶;無(wú)霜期為200~230 d。供試的茶樹(shù)品種為豐綠,種植年限為10 a,行距1.5 m。茶園基礎(chǔ)肥力如表1所示。

    讓我們從就業(yè)和收入開(kāi)始討論,因?yàn)椴还茏杂擅裰髟谡軐W(xué)上有多大的吸引力,它的力量在很大程度上都得益于一個(gè)實(shí)際優(yōu)勢(shì):在政治學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)中,自由主義的特點(diǎn)是分散決策,這使得自由民主國(guó)家能夠勝過(guò)其他國(guó)家,并為人民帶來(lái)越來(lái)越多的財(cái)富。

    所有檢測(cè)結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(±sd,n=3)表示。數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素分析(ANOVA)檢驗(yàn)不同樣品間的差異顯著性,所有差異分析均在p=0.05水平進(jìn)行。

    圖3 戊二醛濃度對(duì)酶活性影響

    0.953 3還原糖對(duì)吸光度轉(zhuǎn)換系數(shù)(葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)斜率)

    3.2.2戊二醛交聯(lián)時(shí)間對(duì)固定化影響

    在戊二醛濃度為2.0 %,室溫下在不同時(shí)間下交聯(lián),得固定化酶相對(duì)酶活大小,結(jié)果如圖4:

    圖4 交聯(lián)時(shí)間對(duì)酶活性的影響

    隨著交聯(lián)時(shí)間增加,尤其時(shí)間>1.5 h固定化酶活性衰減嚴(yán)重,說(shuō)明時(shí)間越長(zhǎng)戊二醛對(duì)乳糖酶變性作用越強(qiáng)。

    3.2.3戊二醛交聯(lián)時(shí)間對(duì)固定化影響

    在戊二醛濃度2.0 %,交聯(lián)時(shí)間為1.5 h條件下分別在不同溫度下進(jìn)行交聯(lián),得固定化酶相對(duì)酶活大小,如圖5:

    圖5 交聯(lián)溫度對(duì)固定化酶活的影響

    可見(jiàn)合適交聯(lián)溫度為25 ℃,較高的溫度導(dǎo)致戊二醛與酶蛋白劇烈反應(yīng)從而引起酶失活。

    3.2.4交聯(lián)條件確定

    2.3.3.4固定化酶半衰期測(cè)定[10]

    3.2戊二醛交聯(lián)試驗(yàn)結(jié)果

    圖6 戊二醛濃度對(duì)固定化酶洗脫影響

    可見(jiàn),在低濃度條件下吸附制得固定化酶長(zhǎng)時(shí)間洗脫后固定化酶脫附明顯。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果,確定固定化酶交聯(lián)條件為室溫下戊二醛濃度2.0 %,交聯(lián)時(shí)間1.5 h。

    主要工藝如下:①使用工裝進(jìn)行找中,確定機(jī)床主軸與螺孔中心重合。②殘余螺栓掏空:加工螺紋孔內(nèi)螺栓,直至內(nèi)徑為Φ149.60~Φ149.80mm時(shí)止。③螺孔內(nèi)取殘絲:配合使用手動(dòng)工具,將存留在主螺栓孔中的螺紋絲卷出來(lái)。

    3.2.5復(fù)合固定化酶總活力回收計(jì)算

    以2.3.2.1法制得的活力為220 U/g微孔陶瓷固定化酶按3.2.4法交聯(lián)制備50 g復(fù)合固定化酶,測(cè)得復(fù)合固定化酶活力為146 U/g,因此:

    總活力回收率=吸附酶回收率×交聯(lián)酶回收率

    =91.6 %×(146U / 220U)

    =60.8 %

    對(duì)鋼軌的表面狀態(tài)而言,在滾筒式校直機(jī)上對(duì)鋼軌進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)校直,在較短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)磨耗,這是因?yàn)殇撥壴谛V边^(guò)程中會(huì)使鋼軌體內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力增大;在一定的壓力機(jī)上對(duì)鋼軌進(jìn)行適量的校直,則對(duì)鋼軌波磨的影響程度較輕。

    3.3固定化酶性質(zhì)研究

    3.3.1固定化酶合適溫度

    在不同濃度戊二醛溶液中室溫下交聯(lián)1 h,得酶活相對(duì)大小如圖3:

    可以看出,固定化酶最適溫度為50 ℃,相對(duì)于游離酶有明顯飄移。固定化酶由于交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而提高穩(wěn)定性。50 ℃最適溫度對(duì)于固定化酶連續(xù)生產(chǎn)防止雜菌污染非常有利。

    圖7 固定化酶最適溫度

    3.3.2固定化酶合適pH

    可見(jiàn),固定化酶最適pH為7.0,與游離酶最適pH 6.8差異不明顯,固定化酶對(duì)pH波動(dòng)略顯穩(wěn)定。

    圖8 固定化酶最適pH

    3.3.3固定化酶米氏常數(shù)

    根據(jù)米氏方程,采用雙倒數(shù)法1/v ~ 1/s作圖(v為反應(yīng)速度,此即酶活性;s為乳糖濃度)結(jié)果見(jiàn)圖9:

    圖9 固定化酶米氏常數(shù)

    游離酶回歸方程y= 0.031x+ 0.235 (R2= 0.992 5)

    筆者在母豬人工授精站工作十年中經(jīng)常遇到公豬發(fā)生睪丸炎,性欲缺失,精神不振,睪丸腫大、疼痛等病狀。使公豬精液供精站工作無(wú)法正常開(kāi)展。公豬睪丸炎是睪丸實(shí)質(zhì)的炎癥,由于睪丸和附睪緊密相連,容易引起附睪炎,兩者常同時(shí)發(fā)生或者互相繼發(fā)。根據(jù)病程和病性,臨床上可分為急性與慢性、非化膿性與化膿性。

    固定化酶酶回歸方程y= 0.045x+ 0.252 (R2= 0.997 5)

    通過(guò)回歸方程可以算出游離酶km= 7.58 mmol/L,固定化酶km= 5.6 mmol/L。較游離酶固定化酶km變小,因?yàn)槊阜肿咏宦?lián)后空間構(gòu)型發(fā)生一定改變導(dǎo)致固定化酶與底物親和力下降。

    3.3.4固定化酶半衰期

    根據(jù)酶活性指數(shù)衰減定律:E=E0exp(-k*t) 可得:

    酶活性半衰期t1/2= 0.693 /k

    衰減常數(shù)k= ln(E/E’) / △t;

    E,E’分別為前后兩次測(cè)定酶活;

    △t為兩次測(cè)定酶活間隔時(shí)間;

    按2.3.3.4方法測(cè)定酶活,以ln(E/E’) ~ △t作圖,直線(xiàn)斜率即為k,結(jié)果如圖10:

    圖10 固定化酶半衰期

    經(jīng)回歸擬合分析得k= 0.021,由此得固定化酶半衰期為33 d??梢?jiàn)復(fù)合固定化酶半衰期明顯延長(zhǎng)。半衰期對(duì)固定化酶用于實(shí)際生產(chǎn)具有特別重要意義。

    4 結(jié)論

    將微孔陶瓷填充柱室溫飽和吸附游離酶后,在戊二醛濃度2.0 %,溫度25 ℃,時(shí)間1.5 h條件下交聯(lián)制備得到的固定化酶比活力為146 U/g,酶活總回收率60.8 %;固定化酶km= 5.6 mmol/L,最適溫度為50 ℃,半衰期為33d。本研究結(jié)果酶活回收高,半衰期長(zhǎng),且酶最適溫度提高,另外微孔陶瓷機(jī)械強(qiáng)度高,為工業(yè)化固定化乳糖酶連續(xù)生產(chǎn)低乳糖牛奶提供了技術(shù)依據(jù)。

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    Study of immobilized β-galactosidase

    JIANGXian-jun1,BAOJian-bo2

    (1. School of Biology and Pharmaceutical Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China;2. Wuhan Bo Blue Technology Company, Wuhan 430000, China)

    Immobilizedβ-galactosidase has made by microporous ceramic adsorption and glutaraldehyde crosslinking. The results are as follows: aftter 3mm microporous eramic adsorption,β-galactosidase was crosslinked into immobilized enzyme by glutaraldehyde with glutaraldehyde concentration 2.0 %, temperature 25 ℃, time 1.5 hr. The activity of immobilized enzyme is 146 U/g. The recovery rate of immobilized enzyme is 60.8 %. Immobilized enzyme optimumreaction temperature is 50 ℃, the optimum pH = 7,dynamics parameter of immobilized enzyme: km = 5.6 mmol / L. The half-life period of immobilized enzyme is 33 days.

    microporous ceramic; immobilized; β-galactosidase

    2016-07-10.

    江賢君(1962-),男,副教授,E-mail:1098377885@qq.com.

    2095-7386(2016)03-0035-04

    10.3969/j.issn.2095-7386.2016.03.006

    TS 252

    A

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