双乙酰生物传感器的研究

试验研究了粪肠杆菌（Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｕｓｆａｅｃａｌｉｓ）中双乙酰还原酶的提取纯化，以及双乙酰生物传感器制备和测定性能。以双乙酰还原酶和还原型辅酶Ｉ（ＮＡＤＨ）共固定作为工作酶膜，用Ｆｅ２＋／Ｆｅ和双乙酰还原过程中产生的ＮＡＤ＋／ＮＡＤＨ组成生物传感器，可准确测定０１～０５μｇ／ｍＬ浓度范围内的双乙酰含量，响应时间小于２ｍｉｎ。９ｄ内传感器工作性能稳定。研究表明，啤酒内典型的金属离子和有机物在相应浓度内不影响传感器工作性能。同时。

双乙酰还原酶的分离纯化研究

比较了５种细菌、４种酵母菌和鸡肝中双乙酰还原酶含量，其中粪肠杆菌（Ｅｎｔｅｒｏ－ｃｏｃｃｕｓｆａｅｃａｌｉｓ）ＡＳ１．５９５中含量较高，为９．６ＩＵ／ｇ湿菌体。并对ＡＳ１．５９５菌酶和鸡肝酶进一步经ＳｅｐｈａｄｅｘＧ－１００和ＤＺＡＥ柱分离纯化，提纯倍数分别为４５、８９３，最后收率分别为１８．５％、５．１％。

啤酒中的双乙酰

双乙酰是啤酒中一个主要的风味物质。它是由前体物质α-乙酰乳酸在酵母细胞外经非酶氧化脱羧作用形成，然后渗透到细胞内经双乙酰还原酶的作用而消除。控制双乙酰含量的途径可以减少α-乙酰乳酸的形成或加速双乙酰的还原。生产控制措施，主要应加强酵母质量的管理并保证麦汁组成合理。

重组大肠杆菌产双乙酰还原酶的发酵条件优化

光学纯2,3-丁二醇是重要的手性合成砌块。采用双乙酰还原酶催化还原双乙酰底物是一种合成光学纯2,3-丁二醇的绿色方法。作者在摇瓶中对产双乙酰还原酶重组大肠杆菌的发酵培养基及诱导条件进行了优化。优化后的发酵培养基组成为:甘油5 g/L,酵母浸膏10 g/L,鱼粉蛋白胨5 g/L,(NH_4)_2SO_41.5 g/L,柠檬酸钠5 g/L,KH_2PO_41 g/L,MgSO_4·7H_2O 0.5 g/L,NaCl 2 g/L;优化后的诱导条件为37℃,IPTG终浓度为0.1 mmol/L。在优化培养基中,37℃和0.1 mmol/L IPTG条件下诱导发酵6 h,单位菌体(干重)产双乙酰还原酶量达13.84 kU/g,产酶水平达33.65kU/L,分别为基础培养基的2.04和4.23倍,LB培养基的1.16和1.71倍。在此最优条件,在3 L发酵罐中进行了重组大肠杆菌产双乙酰还原酶的验证,发酵8 h时酶活最高,单位菌体产双乙酰还原酶量达14.09 kU/g,产酶水平达64.62 kU/L。本研究为高效制备可用于不对称还原合成光学纯2,3-丁二醇的双乙酰还原酶奠定了基础。

应用合成生物学策略构建全细胞生物催化剂合成(S)-乙偶姻

目的:在大肠杆菌宿主中过量表达丁二酮还原酶(DAR),同时构建辅酶NADH原位再生系统,利用全细胞高效催化丁二酮不对称还原合成(S)-乙偶姻。方法:PCR克隆多黏芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa) dar基因连到质粒pETDuet-1,转化至大肠杆菌(Escherichia coli) BL21(DE3),构建重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR;通过Hi Trap TALON柱亲和层析纯化表达产物DAR酶蛋白,测定DAR的比酶活和分子动力学参数。在重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR中构建辅酶NADH原位再生系统,协同表达枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的葡萄糖脱氢酶(GDH),构建重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH,并以此重组菌为全细胞生物催化剂,优化催化条件,提高(S)-乙偶姻的产量和产率。结果:获得重组工程菌E. coli BL21(DE3)-DAR和E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH。DAR以NADH为辅酶还原丁二酮的米氏常数Km、最大催化速率Vmax、催化常数Kcat分别为2. 59mmol/L、1. 64μmol/(L·min·mg)、12. 3/s,还原丁二酮生成(S)-乙偶姻光学的纯度为95. 86%,具有较好的催化效率和立体异构体选择性。构建辅酶NADH原位再生系统后,重组菌E. coli BL21(DE3)-DAR/GDH可高效催化丁二酮合成乙偶姻。在最优催化条件下分批补料,乙偶姻产量达51. 26g/L,转化率为81. 37%,生产速率为5. 13g/(L·h)。结论:使用非手性化合物原料丁二酮生产高附加值的手性化合物(S)-乙偶姻,以重组菌为全细胞生物催化剂合成(S)-乙偶姻,不需额外添加昂贵的辅酶,具有较高的生产应用价值。