四、特色：细菌果胶酶基因克隆与表达 特色：
• 随着分子生物学技术的不断提高，可利用基因克 隆技术实现果胶酶在其他微生物宿主的表达。利 用此基因克隆技术进行菌种选育，使菌种的产酶 量有较大的提高，而且能够改变酶的性质，使多 种有利特性集中到一株菌种上，缩短从探索研究 到应用的时间，克服了传统育种方法的盲目性。 因此，近几年来，从不同属的细菌中克隆和测序 的果胶酶基因的数目增多。这些基因主要来自欧 文氏杆菌(Erwinia)和芽孢杆菌属(Bacillus)，且 文氏杆菌(Erwinia)和芽孢杆菌属(Bacillus)，且 大多数是多聚半乳糖醛酸酶基因和果胶酸裂解酶 (pectate lyase)基因。 lyase)基因。
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一.简单介绍 二.目的和意义 三.应用 四.特色 五.前景
一、简介：果胶酶 简介：
• 果胶酶是一类分解果胶质的酶的总称，是含有多种组分的
复合酶。果胶酶广泛分布于高等植物和微生物中，在某些 原生动物和昆虫中也有发现。在微生物中，细菌、放线菌、 酵母和霉菌都能代谢合成果胶酶。
产果胶酶细菌菌种
• 国内外许多学者对果胶酶生产菌株的筛选、育种、鉴定、 发酵、酶的分离纯化与酶学性质以及酶的分子生物学特性 与应用等方面进行了大量的研究，这极大地促进了细菌果 胶酶的深入研究及其在包括食品和纺织工业在内的许多领 域的广泛应用，从而使资源得到循环利用，有利于环境保 护、人体健康和减缓能源危机，具有极大的经济和社会效 益 • 随着经济的发展，人们生活水平的提高，健康、环境、资 源和能源越来越受到人们的重视，现代分子生物学和酶工 程在现代生活中的作用越来越突出。细菌是果胶酶的重要 来源。细菌果胶酶种类繁多、来源广泛、结构复杂、性能 各异、生产条件和作用方式多样、分离纯化手段灵活多变 、应用领域十分广泛、发展前景极为广阔。
五、前景
• 目前有关果胶酶的研究主要集中于产酶菌种的筛 选、酶的提取分离以及提高果汁出汁率和澄清方 面。果胶酶在自然界中分布广泛，但目前有关果 胶酶的应用大多是将其作为单一酶应用，这使得 果胶酶在食品工业中的应用难以有更大的拓展。 未来有关果胶酶的研究应致力于分子水平上酶调 节机制的研究以及不同的果胶酶作用于果胶物质 的作用机理方面。 • 国内外对细菌果胶酶的研究越来越多，国外对细 菌果胶酶分子生物学方面研究较多，而国内主要 集中在产果胶酶的菌种筛选、发酵条件优化和诱 变等研究上，相对的分子生物学方面研究较少。
在污水处理方面的应用
对含果胶类物质工业废水的处理，传统上采用物理或化学方法。这些 方法均有成本高、劳动强度大等弊端，同时化学物质的使用会产生二 次污染。所以，这种传统的处理方法由于这些原因一直不能够大面积 推广。近年来，新型污水处理方法采用了生物脱胶预处理，即先利用 细菌发酵产生的果胶酶降解污水中的果胶类物质，既经济又方便，并 且避免了二次环境污染。
二、目的和意义
• 2005年，全世界的工业酶制剂市场己达到20Байду номын сангаас美元的销售 2005年 全世界的工业酶制剂市场己达到20亿美元的销售 20亿美元 果胶酶的销售份额也大幅度增加， 额，果胶酶的销售份额也大幅度增加，其产量也己跻身世 巨大的需求， 界四大酶制剂行列。面对如此巨大的需求 界四大酶制剂行列。面对如此巨大的需求，动、植物天然 来源的果胶酶产量低且提取困难， 来源的果胶酶产量低且提取困难，根本不能满足生产和实 验的需要。 验的需要。 • 细菌因具有生长速度快、生长条件简单、代谢过程特殊和 分布广等特点而成为果胶酶的重要来源。细菌果胶酶多呈 碱性且热稳定性好，并且细菌繁殖快，产酶量高，不仅能 够缩短工业生产周期，而且能用于深层液态发酵生产果胶 酶，比固态发酵更容易控制。所以，细菌果胶酶不仅能改 善传统的生产工艺，降低生产成本，提高产品的质量与品 质，并且更利于环境保护。因此，研究细菌果胶酶有助于 质，并且更利于环境保护。因此，研究细菌果胶酶有助于 更合理的应用果胶酶。
在纺织业方面的应用
生物脱胶是在工业化条件下，把产生脱胶酶的细菌在实验室中进 行分离纯化，通过人工发酵，把菌体或产生的大量酶液作用于棉 麻类，分解胶质。尤其是用碱性果胶酶处理，代替碱对棉、麻等 织物进行煮练加工和整理工艺，以降解初生胞壁中的果胶物质， 分散纤维，并且可极大限度地防止纤维的降解，同时，体系具有 天然的抗杂菌污染的能力(因为大多数细菌或酶的最适pH在中性或 酸性范围内)，在比较缓和的pH值和温度条件下使处理后的棉织物 柔软，强度高，生产时间短，取代了耗能大、耗水多、处理时间 长、污染严重的传统热碱脱胶工艺。因此，应用细菌果胶酶净化 可大大改善棉纺织预处理工艺对产品成本及环境的影响。
• 国内外对果胶酶高产菌株的选育多集中在真菌中的 曲霉属，对其他菌属的果胶酶研究较少。 曲霉属，对其他菌属的果胶酶研究较少。目前放线菌 产果胶酶的研究报道很少， 产果胶酶的研究报道很少，国内有关报道仅限吴琼等 人。 • 利用基因工程技术可以很方便地对目的基因进行有 目的的操纵， 目的的操纵，将目的基因按照人们的意志进行重新定 点诱变筛选和重新组合。这种诱变法有针对性、 点诱变筛选和重新组合。这种诱变法有针对性、技术 含量高、诱变方向稳定， 含量高、诱变方向稳定，甚至将不同物种间的基因进 行重新组合。 行重新组合。但是前提条件是必须事先知道具体的目 的基因，以及成熟的技术路线和手段。 的基因，以及成熟的技术路线和手段。
细菌果胶酶的基因
在细菌中，对欧文氏杆菌的果胶酶基因研究较多，已经从 在细菌中，对欧文氏杆菌的果胶酶基因研究较多，已经从 菊欧文氏杆菌中克隆了8个果胶裂解酶基因和2 菊欧文氏杆菌中克隆了8个果胶裂解酶基因和2个果胶酯酶 基因， 基因，8个果胶裂解酶基因之间的氨基酸序列有很高的一 致性，但Pell与其他7 致性，但Pell与其他7个不同，它自成一个转录单元。产 生果胶酶的酵母菌株比较少，从酿酒酵母中克隆到的果胶 酶基因是内切多聚半乳糖醛酸酶基因PGL1和PGU1，在基因 酶基因是内切多聚半乳糖醛酸酶基因PGL1和PGU1，在基因 组中均是单拷贝存在的。
• 1972年，Horikoshi从土壤中筛选到嗜碱性芽孢杆菌No.P-4-N能产生 碱性聚半乳糖醛酸酶 • 1978年，Kelly等从土壤中筛选到嗜碱性芽孢杆菌RK，能生产碱性聚 半乳糖醛酸裂解酶。 • 我国从已分离到的96株嗜碱细菌中筛选到15个产碱性果胶酶活力较 高的菌株, 填补了国内的一项空白, 并通过试验证明其中部分菌株用于 竺麻脱胶效果良好。 • 在1999年研制出用基因工程改造菌种生产的品牌为BioPrep的碱性果 胶酶 • 2003年又推出一种碱性果胶裂解酶ScourzymeL.
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细菌果胶酶
制作： 2009651002） 制作：刘 芹（2009651002） 刘闪阳（2009651012） 刘闪阳（2009651012） 2009651027） 余 益（2009651027） 陈习汉（2009651024） 陈习汉（2009651024） 钟 琪（2009651020 )
目前国内外研究的果胶酶产生细菌主要有：欧文氏菌属 (Erwinia)，假单胞菌属(Pseudomonas sp)中的琼氏不动杆 (Erwinia)，假单胞菌属(Pseudomonas sp)中的琼氏不动杆 菌”和野油菜黄单胞菌(Xanthomonascampestris)等，果胶 菌”和野油菜黄单胞菌(Xanthomonascampestris)等，果胶 杆菌属(Pectobacterium caro.tovo．rum)，枯草芽孢杆菌 杆菌属(Pectobacterium caro.tovo．rum)，枯草芽孢杆菌 属(Bacillus subtilis)梭状芽孢杆菌属(Clostridium)，耶 subtilis)梭状芽孢杆菌属(Clostridium)，耶 尔森菌属(Yersinia)，节杆菌(Arthrobacter 8p． 尔森菌属(Yersinia)，节杆菌(Arthrobacter 8p．)和海栖 热袍杆菌(Thermo— 热袍杆菌(Thermo—toga maritima)等。 maritima)等。
在其他方面的应用
随着生物技术的不断发展，细菌果胶酶还在家禽饲料 加工、中草药和香料油以及类胡萝卜素等医用原料的 提取、石油开采⋯ 提取、石油开采⋯等工业领域都有应用。细菌产的果 胶酶也可以用于植物油的榨取工艺中，降解果胶以避 免乳化作用带来的负面影响，提高出油率，增加营养 物质如多酚类物质和V 物质如多酚类物质和V。的含量。近来有研究表明， 细菌果胶酶可作为参与诱导植物自身防御系统的有效 酶制剂诱导植物抗病，有望将果胶酶作为生物农药用 于绿色食品的生产，减少化学农药施用量即农药对环 境和人类的危害。
三、细菌果胶酶的应用
在果蔬饮料生产中的应用
果汁的提取，提高果蔬汁的出汁率，使果蔬饮料澄清，提高超 滤时的膜通量，改善果蔬饮料的营养成分及浓缩果汁的品质， 用于果实脱皮--脱除及净化果皮
在纺织业方面的应用
纺织品的生物脱胶
在造纸方面的应用
造纸业的生物制浆
其他方面的应用
在家禽饲料加工、中草药和香料油以及类胡萝卜素等医用 原料的提取、石油开采等工业领域都有应用
在咖啡和茶发酵方面的应用
适量的细菌果胶酶处理能缩短茶发酵的时间，并且大大消弱了速溶 茶粉末在冲泡时本身易引起泡沫形成这一特性。在咖啡发酵工艺中 产果胶酶细菌能降解咖啡豆中的果胶质，从而促进咖啡发酵液中的 黏稠物的降解。
在造纸方面的应用
与纺织品的生物脱胶类似，为了生产柔软、均一、 与纺织品的生物脱胶类似，为了生产柔软、均一、弹性好的高品质材 料，造纸工业中的生物制浆也是直接或间接的利用细菌果胶酶等酶处 理降解植物纤维原料中的果胶物质， 理降解植物纤维原料中的果胶物质，使其分散成适用于造纸工业的束 纤维或单纤维， 纤维或单纤维，并且很好的将纸浆中带负电荷高分子果胶降解成六糖 以下的小分子，从而避免了成品纸的静电现象。 以下的小分子，从而避免了成品纸的静电现象。
细菌果胶酶的分类
1)果胶(pectin)、果胶酸(pectic acid)或D-半乳糖醛酸酯 1)果胶(pectin)、果胶酸(pectic acid)或 (oligo— (oligo—D—galacturonate)是否为其优先底物； galacturonate)是否为其优先底物； (2)底物被作用的方式是反式消去作用还是水解作用； (2)底物被作用的方式是反式消去作用还是水解作用； (3)切割方式是随机的(内切酶)还是发生在末端的(外切酶) (3)切割方式是随机的(内切酶)还是发生在末端的(外切酶)， 这3个分类标准分类。