角蛋白酶的来源、理化性质与生物工程研究进展

角蛋白酶由微生物产生,可特异性降解羽毛等含角蛋白类的物质,在食品、医药和饲料生产上具有潜在的应用价值。文中概述了不同来源的角蛋白酶及其性质;介绍了角蛋白酶的生物工程研究新进展;对角蛋白酶生产应用途径进行了探讨。     

角蛋白酶及其应用研究进展

角蛋白主要存在于动物的毛发、鳞片、羽毛、蹄、角等部位,由于其分子间富含二硫键以及疏水氨基酸,使得角蛋白难以被常规蛋白酶降解,而角蛋白酶可以在较为温和的条件下高效的降解角蛋白。目前角蛋白酶的基因工程研究已发展到基因改造的阶段,并且角蛋白酶的应用领域也被逐渐拓展。文中综述了角蛋白酶的来源、分类、性质、基因工程研究、作用机制及应用,为今后的角蛋白酶研究提供参考。     

角蛋白降解菌Keratinibaculum paraultunense对废弃羽毛的发酵特性研究

采用角蛋白降解菌Keratinibaculum paraultunense厌氧发酵废弃羽毛,以全培养基、无机盐培养基和纯水培养基分别进行发酵,测定了发酵过程中角蛋白酶的酶活、羽毛的降解率、可溶性蛋白和游离氨基酸的含量。研究发现,羽轴比羽枝更难被降解,但羽轴粉碎后,能达到同样的降解效果。采用无机盐培养基发酵时,主要降解产物是可溶性蛋白,含量可达0.93 mg/mL;而采用全培养基发酵时,主要发酵产物是角蛋白酶和游离氨基酸,当羽毛底物量提高到100 g/L,角蛋白酶的酶活高达11 179 U/mL。角蛋白降解菌K. paraultunense能快速高效地降解高浓度的废弃羽毛,可生产大量的可溶性蛋白和高活力的角蛋白酶。     

角蛋白酶性质与制革

角蛋白酶可以特异降解维系角蛋白结构的双硫键,使角蛋白发生水解,从而达到使动物皮脱毛的目的,因而能够从根本上消除传统制革工业硫化碱脱毛产生的严重污染。本文概述了不同来源的角蛋白酶及其理化性质,作用机理以及影响角蛋白酶活性的因素;概述了角蛋白酶在制革中的应用前景并论述了角蛋白酶在制革工业中的应用前景。     

基于二硫键还原酶异源表达与优化的羽毛废弃物双酶协同降解及应用

富含角蛋白的羽毛废弃物是一种潜在的优质蛋白资源，但缺乏有效的回收方式。角蛋白酶可催化降解羽毛废弃物产生氨基酸和多肽等高价值水解产物，被认为是一种极具潜力的废弃角蛋白回收方式。然而，角蛋白酶较低的二硫键还原活性却成为限制羽毛水解效率的瓶颈问题。该研究通过二硫键还原酶破坏羽毛角蛋白的二硫键，与角蛋白酶协同作用加速羽毛废弃物的降解。首先，在Bacillus subtilis WB600中异源表达来源于Bacillus subtilis 168的4种二硫键还原酶，并对其酶学性质进行表征；进而通过优化二硫键还原酶MsrA的信号肽，提高了其胞外表达量；最后，探究了二硫键还原酶与角蛋白酶KerZ1协同降解羽毛的效果，分析了水解液中氨基酸的种类和含量。二硫键还原酶AhpC、DLD、MsrA和TrxR成功实现了胞外表达，比酶活力分别为0.53、1.69、16.7、2.06 U/mg; MsrA携带信号肽YxkH时胞外二硫键还原酶活性提高了4.2倍；MsrA+KerZ1降解羽毛的水解液中可溶性蛋白含量是KerZ1单独降解时的3倍；优化后的MsrA+KerZ1降解100 g/L的鸭毛和鸡毛，水解液中氨基酸含...     

角蛋白酶降解菌分离筛选及其脱毛能力研究

为获得可高效用于羊毛角蛋白降解的菌株,对5个不同省份的鸡圈、羊圈和牛圈的土壤进行取样,并从中筛选获得一株拥有角蛋白降解能力的菌株。通过对菌株进行分类鉴定,可确定其为肠杆菌。对其中角蛋白酶的酶学性质进行分析,在摇瓶发酵中,37℃培养36 h时,获得最佳的角蛋白酶活力为8.23 U/mL,该酶在温度为60℃,pH=10时具有较好的活力,但是在温度为30～60℃,pH 6～10范围内均有较好的稳定性;将该酶用于制革脱毛,该酶在4 h内可以将大部分毛发脱除,在浸灰24 h后,可以完全脱除毛发,且能保持粒面完整。综上所述,角蛋白酶在羊毛降解及羊皮脱毛中有较大的应用潜力。     

专利文摘

<正>【名称】一种角蛋白酶的复配及在工业生产中的应用【公开号】107916308A【申请人】江南大学【摘要】本发明公开了一种角蛋白酶的复配及在工业生产中的应用,属于工业生物技术领域。本发明提供了一种角蛋白酶单独或者与脂肪酶、淀粉酶进行复配并应用于工业制革脱毛的方法,具有脱毛效率高、作用条件温和、安全性好等优点。采用角     

热降解动力学研究方法在阻燃皮革上的应用

简单介绍了几种热降解动力学的研究方法及其优缺点，综述了热降解动力学在纺织、塑料等领域的应用情况及其在皮革领域的发展现状，并对热降解动力学研究方法在阻燃皮革研究上的应用前景进行了展望。     

农科院饲料所构建新型羽毛降解工程菌

<正>近日,从中国农业科学院饲料研究所获悉,由该所姚斌研究员领衔的饲用酶工程创新团队通过筛选获得野生型快速羽毛降解菌株——解淀粉芽孢杆菌K11(Bacillus amyloliquefaciens K11),该菌株能在24小时内,有效将羽毛降解,其降解效率是目前普遍使用的地衣芽孢杆菌的3倍以上。相关研究成果发表在《农业食品化学杂志》上。姚斌研究团队首先通过现代分子生物学技术,克隆得到了高效羽毛降解的角蛋白酶基因,进一步实现了其在不能降解羽毛的枯草芽孢杆菌中的成功表达。重组表达角蛋白酶基因的枯     

植物纤维增强可生物降解复合材料的研究探讨

植物纤维增强可生物降解复合材料具有强度高，质量轻等优异的性能，其废弃后可被土壤中的微生物降解成CO2和H2O，不污染环境。本文探讨了植物纤维复合材料的组成、研究现状，并阐述了其在各领域中的应用。     

多序列比对在克隆表达一株未知芽孢杆菌角蛋白酶基因中的应用

为克隆表达一株未知芽孢杆菌的角蛋白酶基因,本文对芽孢杆菌属来源的13个角蛋白酶基因进行了分类比对,并设计简并引物,成功筛选出一株未知芽孢杆菌的角蛋白酶基因,在大肠杆菌中克隆表达,最后通过SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)分析和酶活测定验证表达成功,同时还确立重组大肠杆菌BL21(pET-28a-Ker)的最佳诱导温度为20℃,经过0.5 mmol/L IPTG (isopropylthio-galactoside)诱导16 h后,粗酶液中的角蛋白酶酶活达到389.7 U/mL。本文证明了通过多序列比对而设计的角蛋白酶简并引物的有效性,且该方法能够简化角蛋白酶的研究和开发。     

角蛋白酶对羊毛蛋白酶防毡缩整理的促进作用

采用Bacillus subtilis产角蛋白酶与蛋白酶-浴法处理羊毛,研究处理后羊毛织物的毡缩率、减量率、强力、润湿性及纤维直径等指标的变化,测试羊毛和羊毛角蛋白水解液中蛋白多肽的释放速率.结合羊毛的溴Allwǒrden现象,通过SEM观察,考察2种酶协同对蛋白质的降解作用、对羊毛防毡缩性能的影响和对羊毛鳞片的去除效...     

响应面法优化芽孢杆菌CJPE209产角蛋白酶发酵培养基的研究

采用响应面法对芽孢杆菌（Bacillus sp.）CJPE209产角蛋白酶的发酵培养基组分进行优化。在前期单因素优化的基础上利用Plackett-Burman试验设计筛选出影响产酶的2个显著性因素：羽毛粉、蔗糖。在此基础上,采用最陡爬坡试验确定中心复合试验的中心点,然后对其他不显著因素进行最低添加量试验以降低生产成本和简化培养基组分。利用中心复合试验,得到预测最佳培养基组成为羽毛粉5.6 g/L、蔗糖13.6 g/L、尿素5.0 g/L、KH2PO4 0.4 g/L、MgSO4 1.44 g/L、CaCl2 1.1 g/L、NaCl 5.0 g/L,预测角蛋白酶酶活为501.9 U/mL。用预测最佳培养基来进行发酵验证试验,结果实际角蛋白酶酶活为503.5 U/mL,表明模型能较好的预测发酵后酶活。     

拟蕈状芽孢杆菌Gxun-30产角蛋白酶液体发酵条件优化

为提高海洋来源拟蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)Gxun-30产角蛋白酶的能力,该文利用单因素及响应面法对该菌产酶的培养基和培养条件进行了优化。先利用单因素试验对羽毛浓度、碳源、氮源、无机盐、初始pH值、发酵时间及接种量等影响菌株产酶条件进行了优化。结果表明,羽毛15 g/L、果糖10 g/L、玉米浆4.0 g/L、初始pH 6.5、氯化钙0.15 g/L、接种量2.0%、接种发酵48 h后酶活达到最高。再利用Plackett-Burman试验确定对菌株产酶有显著影响的3个因素为玉米浆、氯化钙及羽毛浓度;结合最陡爬坡及响应面试验优化方法对这3个显著因素进行优化,获得最优产酶条件为玉米浆8.17 g/L,氯化钙0.27 g/L,羽毛含量13.58 g/L,在此发酵条件下,模型预测角蛋白酶酶活为1866.47 U/mL,验证试验实测值达到1810.98 U/mL,较优化前酶活227.38 U/mL提高了7.96倍。     

基于角蛋白酶与蛋白酶协同处理的羊毛织物防毡缩加工

为提高羊毛酶法防毡缩整理效果,采用一种枯草芽孢菌产角蛋白酶和Savinase蛋白酶进行了羊毛酶处理实验,考察二步法协同处理对羊毛减量效果的影响。结果表明,单一角蛋白酶对羊毛减量效果较低,但能促进后续蛋白酶处理效率的提高。与氧化和蛋白酶处理相结合的防毡缩方法相比,经角蛋白酶、蛋白酶二步处理后毛织物的减量率与毡缩率略低,润湿性与染色性能有所改善,纤维损伤较少。羊毛氨基酸分析结果表明,角蛋白酶、蛋白酶处理后毛纤维中胱氨酸相对质量浓度低于氧化与蛋白酶处理样,验证了角蛋白酶能促使鳞片层中胱氨酸残基二硫键还原与蛋白变性,利于后续蛋白酶加工中毛纤维表面鳞片蛋白水解。     

Use of Poultry Byproduct for Production of Keratinolytic Enzymes

The production of keratinolytic enzymes by Chryseobacterium sp. isolated from the poultry industry was tested on different growth substrates: casein, peptone, yeast extract, gelatin, soybean meal, fish meal, feather meal, raw feathers, and cheese whey. Raw feather, an important byproduct from the poultry industry, was the selected growth substrate to test the effect of three variables (temperature, initial pH, and feather concentration) on keratinase production by response surface methodology. A 2³ central composite design was performed with the central point chosen as: temperature 30 °C, initial pH 8.0, and feather concentration 20 g l⁻¹. Statistical analysis of results showed that, in the range studied, temperature had a strong effect on keratinase production. The interaction between temperature and feather concentration and between temperature and initial pH had a significant effect on enzyme production. Response surface data showed maximum keratinase production at 23 °C, initial pH 9.0, and 30 g l⁻¹ of raw feathers. Under these conditions, the model predicted a keratinase activity of 1,559 U ml⁻¹.     

羊绒的双氧水/角蛋白酶抗起毛起球整理

采用双氧水与角蛋白酶联合处理羊绒织物,以提高羊绒织物的抗起毛起球性能。试验结果表明:双氧水体积分数30 mL/L,50℃氧化处理40 min,角蛋白酶质量分数2.0%,50℃酶处理25 min,经氧化/角蛋白酶联合作用,织物的抗起毛起球性能可达到3.5级,符合羊绒制品的服用性能要求。