烷基糖苷是一类新型非离子表面活性剂,具有无毒、无刺激和可生物降解等特点,酶法合成烷基糖苷就是以糖类化合物与脂肪醇为原料,葡萄糖苷酶或糖基转移酶为酶催化剂,脱水缩合后得到烷基糖苷。与化学法相比较,酶法糖苷合成反应以其反应条件温和、高选择性、环境友好、以及可以直接以未保护的糖作底物等优点引起了人们的广泛关注。
Junji Ito等在酿酒酵母细胞表面成功展示了棘孢曲霉β-葡萄糖苷酶I并催化合成烷基糖苷。而到目前为止,还没有以毕赤酵母(P. pastoris)展示棘孢曲霉β-葡萄糖苷酶I(A-BGL)为催化剂合成烷基糖苷的相关报道。
本研究对棘孢曲霉β-葡萄糖苷酶和泰国红木β-葡萄糖苷酶各自展示毕赤酵母表面催化合成烷基糖苷的反应体系进行了优化。
近些年,随着研究的不断深入和发展,酵母表面展示技术得到了迅速的发展。
它能将外源β-葡萄糖苷酶以融合蛋白的形式展示在酵母的表面,具有固定化酶的特性及优点,容易于回收与再利用。并且保持β-葡萄糖苷酶原有的生物活性和相对独立的空间构象,因此展示有β-葡萄糖苷酶的酵母细胞可以作为催化剂来催化各种反应,能表现出耐温、耐有机溶剂和热稳定性好等优良特性。克服了游离酶在分离纯化、再生以及循环利用等方面的困难,并且其制备方法简单、成本较低、可以重复利用,使酶法合成烷基糖苷前景广阔。
实验方法
毕赤酵母表面展示棘孢曲霉 β-葡萄糖苷酶催化剂的制备
将通过絮凝素在GS115毕赤酵母菌株上展示棘孢曲霉β-葡萄糖苷酶的重组菌株GS115/p KFS-A-BGL(简称PKF),通过凝集素展示的GS115/p KFS- A-BGL (简称KFS)培养于YPD琼脂固体平板上,培养24 h后接种至YPD 液体培养基中,30℃,250 r/min培养24 h,以1%的接种量转接到新鲜BMGY
培养基中,30℃,250 r/min 24 h,然后在4℃、8000 r/min离心10 min
得到菌体,转入BMMY 培养基中,30℃,250 r/min 培养5 天,每隔24 h 加入0.5% (v/v)甲醇诱导。然后收集发酵菌体,离心,用双蒸水洗两次,最后用少量双蒸水重悬,通过真空冷冻干燥得到催化剂干粉。(培养基均按Invitrogen
公司毕赤酵母表达操作手册配方配制。)
毕赤酵母表面展示棘孢曲霉 β-葡萄糖苷酶合成烷基糖苷
2.3.3.1样品的制备
0.3 g葡萄糖、1 m L p H 5.0乙酸-乙酸钠缓冲液,1-己醇、1-辛醇、1-癸醇各4 m L,0.3 g催化剂(3052 U/(g.dry cell)),置于55℃,200 r/min 的恒温摇床中反应96 h。反应完成后,离心取上清醇相,即得到样品溶液,密封储与4℃冰箱待用。
2.3.3.2 标准品的制备
己基 β-D-葡萄糖苷、辛基 β-D-葡萄糖苷和癸基 β-D-葡萄糖苷 200 mg,溶于 5 m L甲醇中备用。
结果分析
本章通过单因素试验研究了含水量、葡萄糖添加量、A-BGL 用量、乙酸-乙酸钠缓冲液 p H值、反应温度、反应时间、溶剂体系等因素对反应体系棘孢曲霉β-葡萄糖苷酶催化合成烷基糖苷产率的影响,可得到如下结论:
1. 对催化剂催化合成己基β-D-葡萄糖苷的反应体系进行系统地研究。首先优化了单因素对己基β-D-葡萄糖苷产率的影响,结果表明:5 m L反应体系中,葡萄糖0.1 g,A-BGL(3052 U/(g.dry cell))0.05 g,0.5 m L p H 3.0乙酸-乙酸钠缓冲液,总体系5 m L为最佳反应条件。转速200 r/min,50℃下反应72 h,己基β-D-葡萄糖苷的产率达到11.69%。
2.对催化剂催化合成辛基β-D-葡萄糖苷的反应体系进行系统地研究。优化了个单因素对辛基β-D-葡萄糖苷产率的影响,结果表明:5 m L反应体系中,葡萄糖0.3 g,A-BGL(3052 U/(g.dry cell))0.05 g,0.75 m L p H 3.0乙酸-乙酸钠缓冲液,为最佳反应条件。转速200 r/min,55℃下反应96 h,辛基β-D-葡萄糖苷的产率达到6.34%。
3. 对催化剂催化合成癸基β-D-葡萄糖苷的反应体系进行系统地研究。优化了个单因素对癸基β-D-葡萄糖苷产率的影响,结果表明:5 m L反应体系中,葡萄糖0.3 g,A-BGL(3052 U/(g.dry cell))0.2 g,1 m L p H 3.0乙酸-乙酸钠缓冲液,为最佳反应条件。转速200 r/min,55℃下反应72 h,癸基β-D-葡萄糖苷的产率达到3.58%。
烷基糖苷是一类新型非离子表面活性剂,具有无毒、无刺激和可生物降解等特点,酶法合成烷基糖苷就是以糖类化合物与脂肪醇为原料,葡萄糖苷酶或糖基转移酶为酶催化剂,脱水缩合后得到烷基糖苷。与化学法相比较,酶法糖苷合成反应以其反应条件温和、高选择性、环境友好、以及可以直接以未保护的糖作底物等优点引起了人们的广泛关注。