波兰生态系统中分离的类胡萝卜素酵母高产脂酶活性研究

为解决工业脂酶来源单一且成本高的问题，华沙生命科学大学的研究团队筛选了130株波兰环境来源的类胡萝卜素酵母（红酵母），发现Rhodotorula babjevae A-110菌株在5-L生物反应器中以向日葵油为底物时，脂酶活性达137.25 U/mL（较摇瓶培养提高2.7倍）。该酶最适pH 8.0、温度37°C，具有耐有机溶剂与盐离子特性，硫酸铵沉淀后活性提升至352.52 U/mL（纯化效率2.5倍）。研究为低成本生物催化剂开发提供了新资源，对食品加工、废弃物降解等领域具重要应用价值。

　　

论文解读

研究背景与意义

工业脂酶（lipase, EC 3.1.1.3）作为全球市值超8亿美元的关键生物催化剂，广泛用于食品、洗涤剂及化妆品行业。目前主流微生物脂酶依赖有限细菌菌株（如Candida antarctica），而红酵母（carotenogenic yeast）这类能合成类胡萝卜素的环境真菌虽具潜在脂解能力，其资源挖掘却严重不足。尤其在东欧生态系统中，耐寒性酵母的脂酶活性特征尚未系统研究。随着废弃食用油处理需求激增，开发新型高效、低成本脂酶生产者成为迫切课题。

研究机构与方法

华沙生命科学大学团队从波兰多地采集环境样本，分离130株红酵母。通过双重平板筛选法（含Tributyrin和Tween 80的培养基）初筛高活性菌株，结合摇瓶发酵（3种油脂底物）和5-L生物反应器规模化培养验证脂酶产量。酶学表征包括：

1. 动力学参数：米氏常数（K_M）测定以pNPP（对硝基苯棕榈酸酯）为底物；
2. 环境稳定性：测试温度（20–60°C）、pH（3.0–10.0）、有机溶剂（7种）及金属离子（6种）对酶活影响；
3. 蛋白纯化：对比硫酸铵、乙醇等4种沉淀法提升酶比活。

研究结果

1. 菌株筛选与鉴定

• 初筛获得12株高产脂酶红酵母（Tributyrin降解圈>2 cm），均属Rhodotorula属，其中9株为R. babjevae。
• 摇瓶发酵：R. babjevae A-110在向日葵油培养基中活性最高（50.35 U/mL），显著优于废油（42.29 U/mL）和菜籽油（39.11 U/mL）（p<0.05）。

2. 生物反应器优化

• 向日葵油为最佳诱导剂：培养48小时后脂酶活性达峰值137.25 U/mL（图3），较摇瓶提高2.7倍。
• 废油底物下酶活滞后（60.85 U/mL/72 h），表明长链不饱和脂肪酸更利诱导酶合成。

3. 酶学特性

• 高底物亲和力：K_M = 4.55×10^?4 M（接近工业菌株Candida rugosa）；
• 碱性适应：最适pH 8.0（pH 7.5–8.5保留>90%活性）（图4）；
• 温度稳定性：40°C孵育3小时活性保留>85%，60°C迅速失活（图7）；
• 抗干扰性：20 mM金属离子（K⁺、Ca²⁺等）无抑制，但丁醇完全灭活酶活（图6, 8）。

4. 纯化增效

• 硫酸铵沉淀法：酶活提升至352.52 U/mL（较粗酶液提高2.5倍），显著优于乙醇法（32.88 U/mL）（表4）。

结论与意义

该研究首次报道波兰特有菌株Rhodotorula babjevae A-110的高产脂酶特性，其碱性适应性与规模化产量（137.25 U/mL）媲美工业菌株Yarrowia lipolytica（75.2 U/mL）。酶学特征显示其对有机溶剂和盐离子的耐受性，为食品加工（如奶酪熟化）及废油降解提供了新候选催化剂。未来需进一步优化发酵工艺，探索固定化技术以提升酶重复利用率。论文发表于《Antonie van Leeuwenhoek》，为东欧微生物资源开发奠定重要基础。

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数据说明：

• 酶活单位定义：37°C每分钟水解pNPP释放1 μmol对硝基苯酚为1 U。
• 图3/7中"残留活性"基准值：137 U/mL（生物反应器峰值活性）。
• 作者邮箱后缀统一为"sggw.edu.pl"，隶属波兰机构。