微波处理对葡萄糖异构酶影响的研究

【摘要】葡萄糖异构酶(D-glucoseisomerase,EC5.3.1.5,GI)是工业上大规模从淀粉制备果葡糖浆(highfructosecornsyrup,HFCS)的关键酶。除此之外,该酶还能够将木聚糖转化成木酮糖,然后经微生物发酵后生产乙醇,这种生物转化方式在今天或以后作为一种可再生能源技术拥有很好的应用前景。微波作为一种新型的物理加工方式,已经成为果蔬保鲜、粮油贮藏等方面研究的热点。微波钝化酶技术不仅能有效地钝化食品中酶,而且在一定条件下对食品的质地、色泽、风味、营养价值、微生物稳定性、复水性等都具有正面影响。研究微波处理对葡萄糖异构酶的性质和结构变化的影响具有重大意义,旨在为寻求一种葡萄糖异构酶方便快捷再生的方法提供试验数据,还可为微波辐射辅助应用于葡萄糖异构酶的催化应用提供参考依据。本文主要研究了微波辐射处理对葡萄糖异构酶性质和结构的影响,以及微波处理对固定化葡萄糖异构酶催化过程的影响。主要研究结果如下：(1)控制处理温度70°C和处理时间5min,当微波功率为300W、400W时,葡萄糖异构酶的相对酶活分别增加了14.23%、8.42%；而当微波功率为600W、800W时,葡萄糖异构酶的相对酶活分别降低到95.69%、90.78%;当微波处理温度为大于80°C时,葡萄糖异构酶的相对酶活显著降低(P<0.05)。经过300W微波处理后,葡萄糖异构酶活力在65-900C范围内均在85%以上,而且微波处理明显降低了葡萄糖异构酶在高温和低温中的稳定性(P<0.05),但是没有明显改变其在最适温度(75℃)的稳定性(P>0.05)。不同条件微波处理的葡萄糖异构酶的Km值和Vmax表现不同,300、400W微波处理后,Km变小；而经过600、800W微波处理后,Km增加。(2)聚丙烯酰胺凝胶电泳显示,微波辐射处理对葡萄糖异构酶的一级结构没有影响。紫外光谱分析发现微波辐射处理导致葡萄糖异构酶的氨基酸残基所处微环境发生变化,一些生色集团也暴露出来；在高功率(800W)和长时问(10、15、20min)微波处理后紫外吸收降低的原因可能是微波处理导致酶分子构象的去折叠引起的。荧光光谱显示色氨酸和酪氨酸残基所处位置的三级结构发生改变,色氨酸和酪氨酸残基所处的微环境发生改变,更多的色氨酸残基暴露到分子表面极性更强的环境中,而且微波处理后葡萄糖异构酶蛋白分子空问结构的改变,可能使色氨酸残基更加靠近酪氨酸残基,发生能量转移,或者二硫键的空间构象发生改变或色氨酸残基更加远离二硫键等荧光淬灭基团,使得荧光强度增加。拉曼光谱研究显示,二级结构Q-螺旋失去稳定性,有序结构逐渐消失,无序结构不断呈现。微波辐射对葡萄糖异构酶活性区域结构的改变从而影响酶与底物结合,最终导致葡萄糖异构酶的活性发生变化。(3)水浴加热时(70°C),固定化葡萄糖异构酶的活力为125.41Ul/g;微波辐射加热(400W,70°C)时,固定化酶的酶活力为156.13U/g,比水浴条件下高24.50%,效果显著(P<0.05)。水浴加热条件下,固定化葡萄糖异构酶的最适反应温度为80℃,最适pH为7.0,最适金属离子浓度中M2+为0.05mol/L,Co2+为O.OOlmol/L,最适搅拌速率为160r/min,缓冲液浓度为200mmol/L;微波辐射加热条件下,固定化葡萄糖异构酶的最适反应温度为75℃,最适pH为7.0,最适金属离子浓度中M2+为0.08mol/L,Co2+为0.001mol/L,最适搅拌速率为160r/min,缓冲液浓度为200mmol/L。水浴加热条件下固定化酶的Km为1.02mol/L,最大反应速率为8.2×10-4mol/(L·min),而微波辐射加热条件下的Km=0.98mol/L,最大反应速率为9.8×10-4mol/(L·min).固定化酶在使用6次之后,水浴加热条件下稳定性表现较强。微波辐射加热下使用15次之后的相对酶活只有30.38%,比水浴加热条件下稳定性略差。在温度为60℃、70℃时,微波辐射加热条件下的残余酶活较前者均较高,且均大于90%；高温微波辐射加热对固定化葡萄糖异构酶的稳定性具有显著的影响(P<0.05)。
【作者】胡国洲；
【导师】阚建全；
【作者基本信息】西南大学，食品科学，2014，硕士
【关键词】葡萄糖异构酶；微波辐射；酶学性质；结构变化；催化过程；

【参考文献】
[1]万勇平.石门县新关镇矿产开采对土壤和植被的影响[D].湖南农业大学,园艺,2012,硕士.
[2]严云珊.社会融资结构深化与商业银行业务转型研究[D].浙江大学,2014.
[3]董姗.一位教学改革者的班级管理叙事研究[D].山东师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[4]曾晓.网络服务商侵犯网络隐私权问题研究[D].华中科技大学,法学,2013,硕士.
[5]朱孔明.无线低功耗烧结混合料专用水分仪的研究[D].东北大学,检测技术与自动化装置,2010,硕士.
[6]张海东.面向螺旋曲面工件加工精度预测的虚拟检测系统研究[D].华侨大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[7]付继强.烟台市城乡结合部耕地非农化及其驱动因素研究[D].鲁东大学,自然地理学,2013,硕士.
[8]李岩.基于战略导向的A房地产公司人力资源管理体系构建研究[D].吉林财经大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[9]安正阳.生活垃圾填埋场渗滤液“三级垃圾填料床+臭氧法+SBR法”组合技术研究[D].昆明理工大学,环境工程,2014,博士.
[10]高栋,李强.超精密飞刀铣削加工工艺参数优化[J].机械工程与自动化,2015,01:120-121+123.
[11]梁春阳.中学语文教学鲁迅作品教学策略研究[D].延安大学,学科教学,2014,硕士.
[12]杨彬.益肾助阳活血化浊法治疗多囊卵巢综合征的临床疗效观察[D].北京中医药大学,中医学,2014,硕士.
[13]王子信.质量技术监督系统入世后的应对策略研究[D].辽宁工程技术大学,矿业工程,2004,硕士.
[14]宋喆.中国特色社会主义“三个自信”研究[D].吉林大学,科学社会主义与国际共产主义运动,2014,硕士.
[15]徐艺.人机工程设计信息系统研究[D].西北工业大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[16]谭伟职.影视类教学媒体资源管理系统设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[17]徐梓轩.大学生课余体育锻炼行为阶段分布调查及归因分析[D].南京体育学院,体育教学（专业学位）,2013,硕士.
[18]尹培培.转HBsAg基因樱桃番茄中一氧化氮、植物激素和生长发育相关性的研究[D].西北大学,细胞生物学,2013,硕士.
[19]马灿.鲁迅作品中的“灵魂”意象研究[D].湖南师范大学,现当代文学,2013,硕士.
[20]齐郑,白芮瑄,杨以涵.数字化变电站中小电流接地选线装置的设计[J].电力系统自动化,2010,13:88-90+93.
[21]俞卿.胃癌相关成纤维细胞影响胃癌细胞对顺铂敏感性的初步研究[D].浙江大学,肿瘤学,2014,硕士.
[22]王伟涛.城市轨道交通车站行人设施服务水平及通行能力研究[D].北京交通大学,2014.
[23]冯永荣.山西民居木雕装饰图案研究[D].山西师范大学,美术学,2013,硕士.
[24]史哲文.论方东树的唐诗观[D].华侨大学,中国语言文学,2014,硕士.
[25]吴志平.死刑案件“量刑情节”的证据采信标准研究[D].苏州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[26]油红捷,常灿,孔璐.基于云计算的医学教育模式的探讨[J].继续医学教育,2015,02:55-57.
[27]赵枫.带电细水雾灭火效能的实验研究[D].沈阳航空航天大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[28]孙茂成.保加利亚乳杆菌代谢组学样品的前处理研究[D].东北农业大学,食品科学,2013,硕士.
[29]宋文好.基于Modbus协议的远程无线抄表系统的设计与实现[D].浙江工业大学,2012.
[30]陈金.无机纳米粒子的选择分布及其复合材料导热性能的研究[D].哈尔滨理工大学,2015.
[31]余卫军.分数O-U过程的贝叶斯分析及其应用[D].华东师范大学,概率论与数理统计,2004,硕士.
[32]刘佳.电视银行后台管理子系统的设计与实现[D].北京交通大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[33]钟勇.用于路面机械能量回收的压电换能器研究[D].哈尔滨工业大学,交通运输工程,2013,硕士.
[34]闫爽.吉林省西部地区农业水资源利用效率研究[D].吉林农业大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[35]彭超.PXI可重构串行通讯模块研制[D].哈尔滨工业大学,仪器科学与技术,2013,硕士.
[36]迟凤丽.我国保险费率监管模式研究[D].大连理工大学,技术经济及管理,2003,硕士.
[37]王玉成.岩溶隧道突涌水灾害注浆治理技术研究[D].长安大学,岩土工程,2013,硕士.
[38]冯节.用德国功能翻译理论分析《唐顿庄园》字幕翻译[D].北京外国语大学,翻译,2014,硕士.
[39]廖田梅.有限责任公司股权继承问题研究[D].江西财经大学,民商法,2013,硕士.
[40]葛跃民,吕洪岱,曹玉田.中频发电机故障分析及解决办法[J].一重技术.1998(03)
[41]高薇薇.山楂提取物的稳定性及其微胶囊化研究[D].天津科技大学,营养与食品卫生学,2010,硕士.
[42]杨寒冰.虚拟机动态迁移技术的研究[D].南京邮电大学,信息安全,2013,硕士.
[43]施水军.驱动波形对HID光源声共振、电极温度和调光的影响研究[D].复旦大学,物理电子学,2012,硕士.
[44]张德干,郝先臣,赵海.一种基于多传感器决策融合的新颖监控方法[J].控制与决策,2001,S1:812-814+824.
[45]王忠德.淄博市2000～2011年5岁以下儿童死亡状况研究[D].山东大学,公共卫生（专业学位）,2013,硕士.
[46]姜佳莉.大学生村官的培养现状及培养机制完善研究[D].湖南农业大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[47]苏亚南.我国中小会计师事务所经营战略研究[D].首都经济贸易大学,会计学,2013,硕士.
[48]邱盈盈.改性树脂增强蛋白基胶黏剂的制备及应用研究[D].北京林业大学,木材科学与技术,2013,硕士.
[49]林自强.珠江口盆地ZH拗陷Z3321地震剖面的解释[J].石油地球物理勘探,1988,02:257.
[50]张超.钢筋混凝土楼板板角应力分析与抗裂研究[D].安徽建筑大学,结构工程,2011,硕士.