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为探究蜂产品微生物作为工业酶来源的潜力，研究人员从波兰蜂蜜和蜂粮中分离微生物，筛选糖苷水解酶、蛋白酶等。发现 Paenibacillus spp. 产 β- 半乳糖苷酶（BgaP）活性突出，其在乳糖水解、低聚半乳糖合成等领域具应用价值。
在食品工业与生物技术领域，乳糖不耐受问题与功能性食品开发需求日益凸显，β- 半乳糖苷酶（EC 3.2.1.23，可水解乳糖生成葡萄糖和半乳糖，还能通过转糖基作用合成低聚半乳糖 GOS）的高效生产与应用成为研究热点。传统工业酶多来源于真菌和酵母，但细菌来源的酶因适应性强等优势逐渐受到关注。此外，蜂产品中丰富的微生物群落被证实是多种工业酶的潜在来源，然而其酶活性多样性及功能挖掘仍不充分。在此背景下，波兰格但斯克工业大学（Gdansk University of Technology）的研究团队开展了波兰蜂产品微生物群多样性及酶活性研究，并对一株芽孢杆菌属菌株 Paenibacillus sp. 8 的新型 β- 半乳糖苷酶（BgaP）进行了系统表征，相关成果发表于《Scientific Reports》。
该研究首先从波兰不同植物来源的蜂蜜（如洋槐、蒲公英、荞麦蜜等）和蜂粮样本中，通过平板划线法分离出 162 株细菌、21 株酵母和 2 株丝状真菌。采用功能筛选法，基于底物水解圈直径评估菌株的淀粉酶、纤维素酶、β- 半乳糖苷酶、蛋白酶和脂肪酶活性。结果显示，细菌中 Proteolytic 活性最为普遍，而 Paenibacillus 属菌株在糖苷水解酶（如淀粉酶、纤维素酶、β- 半乳糖苷酶）生产中表现突出，Micrococcus 属菌株则具高蛋白酶和脂肪酶活性。
研究运用的关键技术包括：①微生物分离培养与功能筛选：通过 LB 琼脂和 YPD 琼脂培养基，在 25℃下培养 3-5 天，基于菌落形态和底物水解圈筛选目标菌株；②基因克隆与异源表达：提取 Paenibacillus sp. 8 基因组 DNA，通过 BglII 和 HindIII 酶切构建基因组文库，利用 pBAD/Myc-His 载体在大肠杆菌 TOP10 中表达 bgaP 基因；③蛋白纯化与表征：采用离子交换层析（IEX）和凝胶过滤（GF）纯化重组 BgaP 酶，通过 SDS-PAGE 和高效液相色谱（HPLC）分析其分子质量和酶活性；④酶学性质分析：测定酶的最适温度、pH、金属离子影响及底物特异性，通过 Lineweaver-Burk 方程计算动力学参数。
主要研究结果
微生物多样性与酶活性分布
从蜂蜜和蜂粮中分离的微生物群落表现出显著的酶活性差异。酵母和真菌的酶活性较弱，仅少数菌株具脂肪酶或酯酶活性。细菌中，95 株蜂蜜来源菌株（59%）和 19 株蜂粮来源菌株（76%）具 Proteolytic 活性；Paenibacillus 属菌株均具淀粉酶活性，且 64% 的蜂粮来源细菌具纤维素酶活性（水解 CMC）。β- 半乳糖苷酶活性主要存在于 Paenibacillus sp. 8 等少数菌株中，该菌株分离自蒲公英蜂蜜，菌落呈圆形、半透明黄色，革兰氏染色阴性，最适生长温度 30℃，可在 pH 5.8-7.9 及 10% 蔗糖浓度下生长。
BgaP 基因克隆与蛋白表征
通过基因组文库筛选，获得 Paenibacillus sp. 8 的 bgaP 基因（GenBank accession no. PQ130282），其开放阅读框（ORF）长 2028 bp，编码 675 个氨基酸，预测分子质量 77 kDa，属糖苷水解酶家族 42（GH42）。重组 BgaP 酶在大肠杆菌中表达后，经纯化证实其天然分子质量为 466 kDa，呈六聚体结构。酶学性质显示，BgaP 最适温度 40℃，在 10℃仍保留 18% 活性，具冷适应性；最适 pH 6.6-7.0，受 K?、Na?、Mg2?等金属离子激活，被 Mn2?、Cu2?等抑制。
底物特异性与催化特性
BgaP 对 β-D - 半乳糖苷具高度特异性，仅水解 ONPG 等少数底物。对乳糖的 Km 值为 55.50 mM（30℃），催化效率（kcat/Km）显著低于合成底物 ONPG。值得注意的是，BgaP 对乳果糖（lactulose）的水解效率显著高于乳糖，30℃下可水解 63.8% 的乳果糖，且不受果糖抑制。此外，通过与阿拉伯糖异构酶（l-arabinose isomerase）联用，可将乳糖水解产生的半乳糖转化为塔格糖（tagatose），使乳糖水解效率提升至 78.6%，同时生成功能性甜味剂。
应用潜力验证
Paenibacillus sp. 8 的无细胞提取物在 10℃下可水解牛奶中的乳糖，并合成低聚半乳糖（GOS），表明细胞内可能存在其他 β- 半乳糖苷酶。重组 BgaP 酶与阿拉伯糖异构酶的协同作用，为乳清等乳糖丰富的乳制品副产物转化提供了新策略，可同时实现乳糖水解与功能性糖生产。
研究结论与意义
本研究系统揭示了波兰蜂产品微生物群的酶活性多样性，证实 Paenibacillus 属菌株是糖苷水解酶的优质来源。首次表征的 BgaP β- 半乳糖苷酶具冷活性、耐中性 pH 及高效水解乳果糖等特性，在乳制品加工（如低乳糖牛奶生产）、功能性甜味剂合成（如塔格糖生产）及乳清资源化利用中具显著应用潜力。此外，蜂产品微生物作为工业酶资源的开发，为食品、饲料及生物燃料等领域提供了可持续的解决方案，有助于减少化学合成依赖，推动绿色生物技术发展。研究结果不仅拓展了蜂产品微生物的功能认知，也为新型工业酶的筛选与优化提供了理论依据和技术支持。
