[發明專利]一株產低溫活性β-半乳糖苷酶的極地來源的細長賴氨酸芽孢桿菌及其應用

有效

• 申請號: 201710061222.8
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106754558B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 繆明永;高云;彭方;王麗丘;焦炳華;劉小宇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第二軍醫大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12N9/38;A23C9/12;C12R1/01
• 代理公司: 上海元一成知識產權代理事務所(普通合伙) 31268
• 代理人: 趙青

本發明涉及微生物技術領域，具體是一株極地土壤來源的細長賴氨酸芽孢桿菌S?14?65，和利用該菌株生產具有低溫活性的β?半乳糖苷酶的方法，及利用該菌株生產的具有低溫活性的β?半乳糖苷酶在制備低乳糖牛奶中的應用。本發明菌株所產生的β?半乳糖苷酶水解乳糖的最適溫度為30℃，其在10℃時能達到最適溫度下活力的50％，而在4℃時則能達到最適溫度下活力的20％，4℃時對牛奶中乳糖的水解率可達到75％以上。由于乳制品的運輸及保藏多在低溫下進行，能夠在低溫條件下水解乳糖的β?半乳糖苷酶在食品工業中有非常重要的應用。

技術領域

本發明涉及微生物技術領域，具體地說，是一株極地土壤來源的細長賴氨酸芽孢桿菌S-14-65，和利用該菌株生產具有低溫活性的β-半乳糖苷酶的方法，及利用該菌株生產的具有低溫活性的β-半乳糖苷酶在制備低乳糖牛奶中的應用。

背景技術

β-半乳糖苷酶(β-D-半乳糖苷半乳糖水解酶，EC 3.2.1.23)是能夠將乳糖水解為D-半乳糖和D-葡萄糖的酶。該酶在自然界分布非常廣泛。從細菌、酵母、真菌、植物和哺乳動物均可產生β-半乳糖苷酶。動物體內的β-半乳糖苷酶主要存在與小腸表面，它可將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖以供生物體利用。

牛乳是一種具有很高的營養價值的天然食品。然而某些人在飲用牛乳后會產生包括腹鳴、腹瀉、嘔吐等癥狀，這些癥狀稱為乳糖不耐癥。產生這些癥狀的原因是由于這些人由于各種原因(包括種族、年齡、遺傳、疾病等因素)在體內缺乏β-半乳糖苷酶，從而對于牛乳中的天然成分——乳糖消化不良引起的。解決乳糖不耐癥的主要方法是在乳制品中加入外源性的β-半乳糖苷酶，通過將牛奶中的乳糖水解，產生低乳糖的牛奶。

目前，在牛奶加工過程中所用的β-半乳糖苷酶主要是來自酵母和霉菌，這些酶的最適溫度較高，而在低溫條件相對活力很低。例如荷蘭DSM公司的乳酸克魯維酵母菌所產的乳糖酶最適溫度為45℃，其低溫活力不顯著。因此，采用這些酶對牛奶加工往往需要比較高的溫度，然而，高溫處理不僅會影響牛奶的品質(例如會產生褐變現象)，同時也使能耗增加。由于牛奶的存儲和運輸多在低溫下進行。在低溫下具有較高活力的β-半乳糖苷酶在乳制品加工行業中具有很高的應用價值。

目前已有一些低溫β-半乳糖苷酶的文獻報道。例如來自于Carnobacteriumpiscicola的β-半乳糖苷酶在0-10℃時可達到最適溫度下的24％，來自Arthrobactersp.SB的β-半乳糖苷酶在0-20℃時可達到最大活力的50％。而來自Arthrobacterpsychrolactophilus在0-20℃時可達到最大活力的75％。然而這些酶均未獲得市場應用，導致這些酶未獲得市場應用主要有以下一些因素：一、酶的產量偏低。例如大部分酶在天然菌株中產量很低，而通過大腸桿菌埃希氏菌重組表達產生的酶又多以包涵體的形式存在。二、酶學性質不理想。例如有些酶受到Ca²⁺和Na⁺的抑制作用很強，而有些酶的動力學參數不理想。例如K_m值偏大而k_cat值偏小，導致酶的整體催化效率不高。還有的酶受到產物半乳糖的抑制作用很強，導致其在水解乳糖中轉化率很低。因此，開發新型的在低溫下具有較高活力的β-半乳糖苷酶具有極高的應用價值。目前，世界各個發達國家都在積極開發能生產具有優良性狀的β-半乳糖苷酶的新型專利菌株。在這方面我國還處于起步階段，開發具有我國自主知識產權的β-半乳糖苷酶專利菌株對提升我國乳制品行業具有重要的意義。

極地具有獨特的地理環境和氣候特征。極低的溫度、特殊的光照條件、變化極大的光照輻射造就了極低微生物獨特的生物學特征。因此，極地被認為是一個重要的、潛在的微生物資源庫。此外，極地常年具有非常低的溫度，因此，在極地的低溫微生物相比其它生境分布更加廣泛、種類數量更多、而這些低溫微生物所產生酶就可能具有在低溫下高活性的特征，因此，通過對極地微生物的篩選有望得到具有優良性狀的新型低溫β-半乳糖苷酶。

發明內容