原生质体融合曲霉菌株β-葡萄糖苷酶的酶学性质及对葡萄酒增香调控作用的研究

论文摘要

β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase,EC.3.2.1.21）全称β-D-葡萄糖苷水解酶,是纤维素酶系的一个组成部分。它能酶解键合态的风味前体物质,释放出香气成分。本实验对高产β-葡萄糖苷酶菌株黑曲霉（Aspergillus.niger）和米曲霉（Aspergillus.oryzae）进行原生质体融合育种、发酵条件优化、β-葡萄糖菅酶分离及动力学性质进行研究,结合Kramer感官评定法和气相色谱-质谱（GC-MS）法对其在葡萄酒增香中的作用进行研究。主要研究内容和结果如下:1.对米曲霉3.481、米曲霉3.483、米曲霉L、黑曲霉3.316、黑曲霉3.4523、黑曲霉L1、黑曲霉L2菌株进行初筛,以β-葡萄糖苷酶活力为筛选指标进行比较,确定黑曲霉3.316和米曲霉3.481为出发菌株。。2.优化黑曲霉3.316原生质体和米曲霉3.481原生质体形成和再生的条件。黑曲霉3.316原生质体形成和再生的最适条件:菌龄为对数生长中期60h,0.6M氯化钠/0.01M磷酸缓冲溶液为渗透压稳定剂,0.2%L-半胱氨酸为脱壁促进剂,1.0%的纤维素酶和蜗牛酶（1:2,V/V）30℃水浴酶解4h。米曲霉3.481原生质体形成和再生的最适条件:菌龄为对数生长早期48h,0.6M氯化钠/0.01M磷酸缓冲溶液为渗透压稳定剂,0.1%L-半胱氨酸为脱壁促进剂,1.5%纤维素酶和蜗牛酶（1:1,V/V）30℃水浴酶解3h。3.黑曲霉3.316原生质体紫外灭活条件:紫外灯20W,垂直距离15cm,磁力搅拌3min灭活,原生质体存活再生率为0。米曲霉3.481原生质体热灭活条件:60℃水浴30min灭活,原生质体存活再生率为0。采用35%聚乙二醇（PEG）4000做为促融合剂,0.1mmol/LCaCl2,30℃,融合30min。融合子经过初筛、复筛、再复筛得到一株产酶活力高、遗传稳定的菌株。4.通过单因素试验、Box-Benhnken中心组合试验和响应面分析试验对融合菌株的发酵培养基进行优化,确定其最佳培养基条件为:麸皮+淀粉浓度9.19%、硫酸铵浓度0.59%、pH4.78、CaCl2浓度0.02%、KCl浓度0.04%。通过正交交互试验确定融合菌株产β-葡萄糖苷酶的发酵条件:装液量20mL/250mL,接种量12%,发酵温度27℃,摇床转速180r/min。最佳发酵时间:7d。5.对β-葡萄糖苷酶进行分离纯化。利用饱和度为60%～90%的硫酸铵对β-葡萄糖苷酶进行盐析,去除大部分杂蛋白。硫酸铵盐析浓缩后酶液经过DE-22纤维素离子交换柱层析,纯化倍数为1.73倍,比活力为3.71U/mg;交联葡聚糖Sephadex G-150凝胶柱层析,纯化倍数达138.85倍,比活力为297.14U/mg,经PAGE电泳检测为1条谱带,达到电泳纯。SDS-PAGE电泳测定其亚基分子量为125kD左右。6.对纯化后β-葡萄糖菅酶的酶学进行研究。结果表明:β-葡萄糖苷酶的最适温度65℃,最适pH5.4,在pH3.0～6.6条件下较稳定,热稳定性较好。Na+、Ca2+、Mg2+、K+、EDTA对β-葡萄糖苷酶活力有明显抑制作用,Fe3+对酶活力有促进作用。β-葡萄糖苷酶的动力学方程为:1/V=0.0201×1/[S]+0.5809,Vmax=1.7215μmol/min,米氏常数Km=0.03 5mmol/L。7.采用Amberlite XAD-2大孔吸附树脂吸附葡萄酒中游离态芳香物质,戊烷:乙醚（1:1,V/V）做为溶剂具有较好的洗脱效果。利用β-葡萄糖苷酶酶解葡萄酒中分离出的键合态物质,将键合态呈香物质酶解前后进行HPLC分析。结果显示:键合态物质在酶解后出现了鼠李糖、木糖、葡萄糖。并且键合态物质在酶解后出现葡萄酒特有的香气。将葡萄酒中游离态芳香物质和键合态呈香物质酶解得到的芳香物质经过GC-MS分析。结果表明:键合态的芳香物质经过β-葡萄糖苷酶酶解后释放出许多芳香物质,如甲酸异戊酯、苯乙烷、3-戊醇、正己醇、异戊酸、乙酸异戊酯、丁内酯、丁醇、2-甲基-丁酸、α-蒎烯、己酸、苦杏仁油、苄醇、苯乙醛、己酸乙酯、苯乙醇、乙酸-2-苯乙酯、辛酸乙酯、丁二酸二乙酯、丙酸-2-苯乙酯、月桂酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯等,这些物质有典型的香气,对葡萄酒的香味有一定的增强作用。8.L9（34）正交试验设计通过Kramer感官评定,确定葡萄酒酶解增香综合影响因素的顺序为:酶解温度＞酶量＞酶解时间。酶解最佳条件为:酶解温度45℃、酶解时间90min、加酶量8mL/100mL葡萄酒。利用水蒸气蒸馏β-葡萄糖苷酶酶解的葡萄酒和对照未处理的葡萄酒,经GC-MS分析发现酶解后出现更多的香气成分,主要包括:甲酸异戊酯、3-戊醇、糠醛、异戊酸、2-甲基-丁酸、3-羟基-丁酸乙酯、己酸、己酸乙酯、苄醇、辛酸、辛酸乙酯、月桂酸乙酯等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 β-葡萄糖苷酶的研究概况
• 1.1.1 β-葡萄糖苷酶的来源
• 1.1.2 β-葡萄糖苷酶的分类
• 1.1.3 β-葡萄糖苷酶的结构与催化机理
• 1.1.4 β-葡萄糖苷酶的测定方法
• 1.1.5 β-葡萄糖苷酶分离纯化
• 1.1.6 β-葡萄糖苷酶的性质
• 1.1.7 β-葡萄糖苷酶的应用
• 1.2 β-葡萄糖苷酶菌种选育的研究
• 1.2.1 原生质体融合技术及其在微生物育种中的应用
• 1.2.2 β-葡萄糖苷酶生产菌种
• 1.3 β-葡萄糖苷酶菌种发酵技术的研究
• 1.3.1 β-葡萄糖苷酶菌种发酵技术的研究进展
• 1.3.2 β-葡萄糖苷酶菌种发酵技术的影响因素
• 1.4 β-葡萄糖苷酶增香调控的研究进展
• 1.4.1 β-葡萄糖苷酶酶解增香调控的应用
• 1.4.2 键合态呈香物质的分离研究现状
• 1.4.3 键合态呈香物质的酶解机理
• 1.4.4 β-葡萄糖苷酶与醇系香气形成关系的研究现状
• 1.5 本课题研究的目的、意义及主要内容
• 1.5.1 本课题研究的目的、意义
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 1.5.3 研究技术路线
• 第二章 双亲灭活原生质体融合选育β-葡萄糖苷酶高产菌株
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 β-葡萄糖苷酶活力的计算
• 2.2.2 出发菌株的选择
• 2.2.3 生长曲线的测定
• 2.2.4 原生质体形成和再生条件研究
• 2.2.5 原生质体的形成和再生
• 2.2.6 双亲株原生质体的灭活条件
• 2.2.7 原生质体融合
• 2.2.8 菌落特点
• 2.2.9 融合子的筛选
• 2.2.10 酯酶同工酶电泳
• 2.3 讨论
• 2.3.1 原生质体制备与再生条件的探讨
• 2.3.2 原生质体灭活方式的探讨
• 2.3.3 融合子筛选方式的探讨
• 2.4 小结
• 第三章 β-葡萄糖苷酶产生菌发酵条件的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 碳源的确定
• 3.2.2 氮源的确定
• 3.2.3 无机盐的确定
• 3.2.4 初始pH的确定
• 3.2.5 响应面分析法优化培养基
• 3.2.6 摇瓶发酵条件的研究
• 3.2.7 摇瓶发酵条件优化
• 3.2.8 液态发酵进程曲线
• 3.3 讨论
• 3.3.1 关于发酵培养基碳源、氮源和无机盐的讨论
• 3.3.2 关于发酵培养条件的讨论
• 3.4 小结
• 第四章 β-葡萄糖苷酶酶学性质研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 试剂
• 4.1.3 仪器
• 4.1.4 方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 硫酸铵盐析
• 4.2.2 DE-22纤维素离子交换柱层析分离β-葡萄糖苷酶
• 4.2.3 Sephadex G-150凝胶柱层析分离β-葡萄糖苷酶
• 4.2.4 纯化总结
• 4.2.5 β-葡萄糖苷酶的电泳纯度鉴定及分子量测定
• 4.2.6 β-葡萄糖苷酶酶学性质研究
• 4.3 讨论
• 4.3.1 β-葡萄糖苷酶分离纯化手段的探讨
• 4.3.2 交联葡聚糖凝胶的溶胀与回收保存的探讨
• 4.3.3 β-葡萄糖苷酶活力的探讨
• 4.4 小结
• 第五章 葡萄酒键合态呈香物质的分离和酶解研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料与试剂
• 5.1.2 仪器
• 5.1.3 XAD-2树脂柱的制备
• 5.1.4 β-葡萄糖苷酶的制备
• 5.1.5 葡萄酒游离态芳香物质和键合态呈香物质的分离
• 5.1.6 葡萄酒键合态呈香物质的酶解
• 5.1.7 GC-MS分析条件
• 5.1.8 HPLC分析条件
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 洗脱剂的选择
• 5.2.2 葡萄酒中游离态芳香物质的GC-MS分析
• 5.2.3 葡萄酒中键合态呈香物质酶解前后HPLC分析
• 5.2.4 葡萄酒键合态呈香物质酶解后GC-MS分析
• 5.2.5 葡萄酒中游离态芳香物质和酶解后键合态呈香物质比较
• 5.3 讨论
• 5.3.1 葡萄酒香气的讨论
• 5.3.2 键合态糖苷前体物质讨论
• 5.4 小结
• 第六章 β-葡萄糖苷酶对葡萄酒酶解增香调控的研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料
• 6.1.2 仪器
• 6.1.3 方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 Kramer感官评定
• 6.2.2 上段检验样品间差异显著性
• 6.2.3 下段检验样品间差异程度
• 6.2.4 Kramer感官评定结果
• 6.2.5 葡萄酒酶解增香最佳条件优化
• 6.2.6 葡萄酒芳香物质GC-MS分析
• 6.3 讨论
• 6.3.1 葡萄酒酶解增香途径探讨
• 6.3.2 葡萄酒酶解增香影响因素的探讨
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 本论文创新点
• 7.3 有待深入研究的内容
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文