黑曲霉合成β-甘露聚糖酶及制备功能性甘露低聚糖的研究
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摘要
研究证明，黑曲霉(Aspergillus niger)是一种能够合成β-甘露聚糖酶的菌种，但对其产β-甘露聚糖酶的历程及调控方面的研究非常少，而用黑曲霉合成的β-甘露聚糖酶水解魔芋精粉生产低聚糖的研究就更少了。本文在碳源的浓度、氮源种类、碳氮比、培养基初始pH值、培养温度以及接种量对黑曲霉合成β-甘露聚糖酶的的影响，产酶历程，以及酶水解魔芋精粉制备葡甘低聚糖等方面作了一系列研究，主要结果如下：
(1)黑曲霉合成β-甘露聚糖酶的最适条件为：碳源魔芋精粉浓度40g／L，氮源由蛋白胨与硫酸铵以2：1的配比组成，碳氮比7：1，培养基初始pH值6.0左右，接种量10％，培养温度36℃，产酶时间三天，酶活达75IU／mL左右。
(2)黑曲霉合成的β-甘露聚糖酶系中，至少含有β-甘露聚糖酶、β-甘露糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。它们在对魔芋葡甘聚糖水解时起协同作用，即内切-β-甘露聚糖酶先在葡甘聚糖长链内部作用，将其水解为葡甘低聚糖，再由外切的β-甘露糖苷酶和β-葡萄糖苷酶将葡甘低聚糖进一步水解为单糖。
(3)酶解产物经高效液相色谱分析，主要为葡萄糖、甘露糖、二糖、三糖和四糖。一般情况下，单糖得率高于低聚糖得率。
(4)以提高低聚糖得率及低聚糖在产物中所占比例为目标，实验得到的最适酶解条件为：酶用量75IU／g底物，酶解时间为4小时，酶解液pH值为6.0。此时低聚糖得率为19.32％，单糖得率仅为9.58％，总糖得率28.9％。这一结果表明，对酶水解的酶用量、酶解时间及pH值进行合理控制可以提高产物中低聚糖的量，而降低单糖的量，能较好地实现低单糖高低聚糖的目标。
It has been proved Aspergillus niger is capable of producing P-D-mannase, but studies on the course and control of its producing P-D-mannase were seldom done, and the study on enzymatic hydrolysis of refined konjac powder was even rare. These problems are studied in this dissertation which includes two parts . The first part studies on the optimum conditions of producing P-D-mannase such as carbon source density, nitrogen source, ratio of carbon to nitrogen, and so on. The second part is about the optimum conditions of enzymatic hydrolysis of refined konjac powder and it aims to obtain more glucoman-oligosaccarides and less monosacchatides. The main results are as follows:
(1) The optimum conditions for Aspergillus niger to produce P-D-mannase are: refined konjac powder density 40g/L, peptone and sulphate of ammonia as nitrogen source with ratio of 2:1, ratio of carbon to nitrogen 7:1, beginning pH value of culture medium 6.0 around, seed volume 10%, fermentation temperature 36癈, time 3 days, P-D-mannase activity up to 75IU/mL.
(2) The enzyme system of P-D-mannase from Aspergillus niger at least includes P-D-mannase, p-mannosidase and p-glucosidase. a cooperative action is taken on konjac glucomannan by these enzymes during the course of hydrolysis. That is to say, endo-p-D-mannase takes action inside the long chain of glucomannan to obtain glucoman-oligosaccharides which are then hydrolysed to monosaccharides by P-mannosidase and P-glucosidase.
(3) Analyzed by HPLC, enzymatic hydrolysate mainly consists of glucose, mannose, biose, trisacharose and tetrose. Commonly, yield of monosaccharides is higher than that of oligosaccharides.
(4) The optimum conditions of enzymatic hydrolysis are: enzyme dosage 75IU/g substrate, time 4 hours, pH value 6.0. Under these conditions, yield of oligosaccharides 19.32%, yield of monosaccharides only 9.58%, the ratio of the former to the latter 2.02. This result proves higher yield of oligosaccharides and lower yield of monosaccharides
will be obtained if enzymatic hydrolysis parameters are in control.
(1)黑曲霉合成β-甘露聚糖酶的最适条件为：碳源魔芋精粉浓度40g／L，氮源由蛋白胨与硫酸铵以2：1的配比组成，碳氮比7：1，培养基初始pH值6.0左右，接种量10％，培养温度36℃，产酶时间三天，酶活达75IU／mL左右。
(2)黑曲霉合成的β-甘露聚糖酶系中，至少含有β-甘露聚糖酶、β-甘露糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。它们在对魔芋葡甘聚糖水解时起协同作用，即内切-β-甘露聚糖酶先在葡甘聚糖长链内部作用，将其水解为葡甘低聚糖，再由外切的β-甘露糖苷酶和β-葡萄糖苷酶将葡甘低聚糖进一步水解为单糖。
(3)酶解产物经高效液相色谱分析，主要为葡萄糖、甘露糖、二糖、三糖和四糖。一般情况下，单糖得率高于低聚糖得率。
(4)以提高低聚糖得率及低聚糖在产物中所占比例为目标，实验得到的最适酶解条件为：酶用量75IU／g底物，酶解时间为4小时，酶解液pH值为6.0。此时低聚糖得率为19.32％，单糖得率仅为9.58％，总糖得率28.9％。这一结果表明，对酶水解的酶用量、酶解时间及pH值进行合理控制可以提高产物中低聚糖的量，而降低单糖的量，能较好地实现低单糖高低聚糖的目标。
It has been proved Aspergillus niger is capable of producing P-D-mannase, but studies on the course and control of its producing P-D-mannase were seldom done, and the study on enzymatic hydrolysis of refined konjac powder was even rare. These problems are studied in this dissertation which includes two parts . The first part studies on the optimum conditions of producing P-D-mannase such as carbon source density, nitrogen source, ratio of carbon to nitrogen, and so on. The second part is about the optimum conditions of enzymatic hydrolysis of refined konjac powder and it aims to obtain more glucoman-oligosaccarides and less monosacchatides. The main results are as follows:
(1) The optimum conditions for Aspergillus niger to produce P-D-mannase are: refined konjac powder density 40g/L, peptone and sulphate of ammonia as nitrogen source with ratio of 2:1, ratio of carbon to nitrogen 7:1, beginning pH value of culture medium 6.0 around, seed volume 10%, fermentation temperature 36癈, time 3 days, P-D-mannase activity up to 75IU/mL.
(2) The enzyme system of P-D-mannase from Aspergillus niger at least includes P-D-mannase, p-mannosidase and p-glucosidase. a cooperative action is taken on konjac glucomannan by these enzymes during the course of hydrolysis. That is to say, endo-p-D-mannase takes action inside the long chain of glucomannan to obtain glucoman-oligosaccharides which are then hydrolysed to monosaccharides by P-mannosidase and P-glucosidase.
(3) Analyzed by HPLC, enzymatic hydrolysate mainly consists of glucose, mannose, biose, trisacharose and tetrose. Commonly, yield of monosaccharides is higher than that of oligosaccharides.
(4) The optimum conditions of enzymatic hydrolysis are: enzyme dosage 75IU/g substrate, time 4 hours, pH value 6.0. Under these conditions, yield of oligosaccharides 19.32%, yield of monosaccharides only 9.58%, the ratio of the former to the latter 2.02. This result proves higher yield of oligosaccharides and lower yield of monosaccharides
will be obtained if enzymatic hydrolysis parameters are in control.
引文
[1]郑建仙．功能性食品[M](第1版)．北京：中国轻工业出版社，1995．
[2]张学元．食品工业科技，1994，(6)：4
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[6]香红星．董仲华．刘亚力．功能性寡糖的研究应用进展(下)[J]饲料研究，2001 (8)：14-16．
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[15]洪枫．南京林业大学博士研究生学位论文，1998
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