High level expression of a recombinant xylanase by Pichia pastoris NC38 in a 5 L fermenter and its efficiency in biobleaching of bagasse pulp
- 作者
- Natasha Birijall, Ayyachamy Manimaran, Kuttanpillai Santhosh Kumar, Kugen Permaul, Suren Singh
- 单位
- Department of Biotechnology and Food Technology, Faculty of Applied Sciences, Durban University of Technology, P.O. Box 1334, Durban 4000, South Africa
- 杂志
- Bioresource Technology（2011）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2011.07.059
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
解决重组木聚糖酶在毕赤酵母中高效表达的成本问题（避免使用zeocin抗生素）并放大至5L发酵罐，同时评估其在甘蔗渣纸浆生物漂白中的应用潜力。
研究策略
利用组成型GAP启动子在Pichia pastoris NC38中表达Thermomyces lanuginosus来源的重组木聚糖酶（XynA），优化培养基中甘油浓度和pH控制条件，进行摇瓶和5L发酵罐放大，并将粗酶液用于甘蔗渣纸浆的生物漂白。
核心内容
该研究利用组成型GAP启动子在毕赤酵母NC38中表达Thermomyces lanuginosus来源的木聚糖酶XynA，旨在降低重组酶生产成本并评估其在甘蔗渣纸浆生物漂白中的应用。摇瓶实验中，在不含zeocin抗生素的BMGY培养基中酶活达到160 IU/ml，与含zeocin时的165 IU/ml相当，证明可省去抗生素成本。优化发现1%甘油浓度效果最佳，5 L发酵罐中控制pH 5.5时酶活进一步提升至177 IU/ml（72 h），优于未控pH时的139 IU/ml。生物漂白实验表明，粗酶液在50°C、pH 8条件下以50 IU/g纸浆处理3 h，纸浆亮度达47.4%，比对照提高2.1个百分点，卡伯值降低1.2，同时释放24.8 mg/g还原糖。结果证实毕赤酵母可在短时间、低成本条件下高效生产木聚糖酶，粗酶液无需纯化即可有效改善甘蔗渣纸浆的漂白性能，为非木质纤维的酶辅助漂白提供了经济可行的方案。
创新点
首次报道利用重组毕赤酵母表达的木聚糖酶对甘蔗渣纸浆进行生物漂白；在不含zeocin的BMGY培养基中实现高表达（160 IU/ml）；通过控制pH 5.5使发酵罐产量提升至177 IU/ml。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pichia pastoris NC38 | 木聚糖降解 | xynA | 木聚糖酶 | 催化 | 来自Thermomyces lanuginosus的重组木聚糖酶，受GAP启动子控制，分泌表达 |
| Pichia pastoris NC38 | 糖酵解/甘油代谢 | GAP | 甘油醛-3-磷酸脱氢酶启动子 | 调控 | 组成型启动子，用于驱动xynA基因表达 |
关键发现
- 摇瓶培养中，含zeocin时最高165 IU/ml（56h），不含zeocin时最高160 IU/ml（56h）
- 1%甘油浓度下最高159 IU/ml
- 5L发酵罐未控制pH时最大139 IU/ml（56h），控制pH 5.5时最大177 IU/ml（72h）
- 生物漂白实验显示，在50°C、pH 8条件下，50 IU/g pulp处理3h，纸浆亮度达47.4%，比对照高2.1个百分点，还原糖释放24.8 mg/g，卡伯值降低1.2。
研究结论
Pichia pastoris是生产重组木聚糖酶的合适宿主，可在短时间获得高酶活，粗酶液对甘蔗渣纸浆具有良好的生物漂白效果，适用于非木质纤维的酶辅助漂白。