菜粕芥子碱酶解机理的研究

菜粕是数量上仅次于豆粕的植物蛋白源。芥子碱是菜粕中仅次于单宁的酚类物质，其含量为0.8%-3.0%，是一种主要的抗营养因子。芥子碱由于味觉涩苦、容易和蛋白质结合影响蛋白质利用，使鸡蛋产生腥味等原因严重影响菜籽粕饲用。生物法是最具有潜力的芥子碱脱除方法，其核心是酶的降解。目前国内外关于芥子碱酶解机理及其高效酶的研究较少，存在产物具有潜在安全风险和降解效率不高的问题。针对这一现状，本课题组通过比较研究多酚氧化酶、漆酶、β-葡萄糖苷酶、脂肪酶对芥子碱的降解效率，筛选得到降解效率较高且降解途径不同的漆酶、β-葡萄糖苷酶，但尚存在产物结构不明确、降解效率有待进一步提高等问题。课题组拟选用漆酶、β-葡萄糖苷酶，以从菜粕中提取纯化的芥子碱和菜粕为底物，开展芥子碱降解酶动力学研究，并鉴定降解产物结构，探索降解机理，为高效安全的芥子碱生物降解用酶及微生物的筛选和工程菌的构建提供理论指导。

菜粕是仅此于豆粕的世界第二大植物蛋白源。芥子碱是菜粕中引起菜粕苦涩，影响蛋白质利用的重要抗营养物质；也是菜粕中最重要的简单酚类物质，占菜粕简单酚类的70-85%。生物法是最具有潜力的芥子碱脱除方法，其核心是酶的降解。目前国内外关于芥子碱酶解机理及其高效酶的研究较少，存在产物具有潜在安全风险和降解效率不高的问题。针对这一现状，本课题首先进行了菜粕芥子碱的提取、分离纯化工艺的优化与结构鉴定，为酶解研究提供了材料保证；通过筛选得到对芥子碱高效降解的漆酶，进行了芥子碱漆酶降解机理和动力学的研究；并进行了菜粕发酵过程中芥子碱的酶解研究。.通过研究建立了芥子碱提取和分离纯化的方法，得到了95.43%的芥子碱硫氰酸盐结晶，发现不同的加工工艺对芥子碱及其衍生物的含量有显著影响。研究发现漆酶作用芥子碱的位点为苯环上的酚羟基，酶解产物为低聚物。漆酶酶解芥子碱的过程为：首先漆酶与氧气结合形成活性中间体，然后中间体与芥子碱中较为活泼的羟基氢反应，得到一个芳基氧自由基；少部分自由基发生迁移和重排，得到结构较为简单的产物；大部分的芳基氧自由基发生了聚合反应，形成结构较为复杂的低聚物。芥子碱漆酶酶酶解速率受酶用量、底物浓度、温度和pH等的显著影响，氧气作为芥子碱酶解的底物之一对反应速率也产生显著影响，漆酶酶解菜粕芥子碱的Km值为0.00013mol/L，表明漆酶与芥子碱亲和力强，反应迅速。利用高产漆酶的白腐真菌类的云芝菌（Trametes sp）进行芥子碱液态和固态发酵过程中芥子碱含量和酶活的变化研究表明，云芝菌发酵过程中芥子碱含量的下降主要是漆酶的作用。该研究结果为芥子碱生物降解用酶及微生物的筛选和工程菌的构建提供了理论指导。.项目实施以来，接收发表论文3篇，其中SCI论文1篇；另投稿论文2篇；参与编写著作1部，申请专利1项，圆满完成了项目任务。