[发明专利]一种β-半乳糖苷酶、其编码基因及其应用

说明书

本发明公开了一种β‑半乳糖苷酶、其编码基因及其应用，其中β‑半乳糖苷酶的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示，或者与所述SEQ ID NO:1序列有92％以上的相似性或同源性的氨基酸序列；编码所述β‑半乳糖苷酶的基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示。本发明β‑半乳糖苷酶具有有机溶剂耐受性，能够在有机溶剂中高效催化合成低聚半乳糖，低聚半乳糖的最高产物转化效率达到55.8±0.8％，是无有机溶剂时的1.7倍。

技术领域

本发明涉及一种β-半乳糖苷酶、其编码基因及其应用，属于生物技术领域。

背景技术

低聚半乳糖是一种功能性低聚糖，作为一种新型的食品添加剂，广泛的应用于食品行业。目前虽然已经有商品化的低聚半乳糖出售，但是价格昂贵。我国的低聚半乳糖生产未成规模，其核心技术瓶颈是缺乏高效制备低聚半乳糖的酶。因此，挖掘性能优良的工业用酶，对推动低聚半乳糖的产业化至关重要。

β-半乳糖苷酶(β-galactosidase，EC.3.2.1.23)，全称为β-D-半乳糖苷半乳糖水解酶，商品名为乳糖酶，往往具有催化乳糖水解和转糖苷两种功能。β-半乳糖苷酶的转糖苷功能，可以以乳糖为底物，合成低聚半乳糖。但是绝大部分β-半乳糖苷酶的转糖苷活性较低，合成低聚半乳糖的效率很低。例如，中国发明专利申请201610579268.4中的β-半乳糖苷酶的低聚半乳糖转化率仅为9.5％；中国发明专利申请201610580177.2中的β-半乳糖苷酶的低聚半乳糖转化率仅为11.5％。已知较好的合成低聚半乳糖的酶来自Bacilluscirulans菌，其转化率为48.3％。

有机溶剂催化最独特的优势是促使水解酶转向合成反应。其原因是反应中添加了有机溶剂后，水活度下降，会更有利于进行合成反应。β-半乳糖苷酶是一个既有水解能力又有合成能力(转糖苷)的酶，因此，理论上在有机溶剂中实施β-半乳糖苷酶催化合成低聚半乳糖，有可能会提高合成效率。但是有机溶剂对酶有毒性，绝大部分的β-半乳糖苷酶不能耐受有机溶剂，因此也就无法实现在有机溶剂存在时高效合成低聚半乳糖。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种β-半乳糖苷酶、其编码基因及其应用。本发明提供的β-半乳糖苷酶具有有机溶剂耐受性，能够在有机溶剂中高效催化合成低聚半乳糖。

本发明β-半乳糖苷酶，其氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示，或者与所述SEQ ID NO:1序列有92％以上的相似性或同源性的氨基酸序列。

编码所述β-半乳糖苷酶的基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示。该序列已经经过序列优化，能在大肠杆菌中有效表达出有酶活力的β-半乳糖苷酶。含有上述β-半乳糖苷酶的基因的表达载体为pET32a；含有上述表达载体的重组表达宿主为大肠杆菌BL21(DE3)。

用于表达所述β-半乳糖苷酶的重组表达质粒，所述重组表达质粒包含编码所述β-半乳糖苷酶的基因。

本发明产生所述β-半乳糖苷酶的重组菌株，所述重组菌株含有上述重组表达质粒。

本发明β-半乳糖苷酶的应用，是在有机溶剂体系中高效催化合成低聚半乳糖。具体包括如下步骤：

以乳糖为底物，以pH值6.0-7.5的磷酸盐缓冲液为溶剂配制浓度为300-500g/L的乳糖溶液，向反应体系中添加有机溶剂以及β-半乳糖苷酶，40-60℃下反应合成低聚半乳糖。

所述有机溶剂为乙二醇或丁二醇，有机溶剂的添加体积为磷酸盐缓冲液体积的10-20％，优选为20％。

所述β-半乳糖苷酶的添加比例为10U/mL。

本发明β-半乳糖苷酶高效催化合成低聚半乳糖的反应条件优选为：乳糖浓度400g/L，酶量10U/mL，磷酸盐缓冲液pH值6.5，反应温度50℃，反应时间10h。