玫瑰红景天内生真菌Aspergillus terreus产耐热植酸酶的生物加工与特性研究及其在小麦麸皮植酸水解中的应用

本研究从药用植物玫瑰红景天(Catharanthus roseus)中分离出内生真菌Aspergillus terreus EFBL-AS PV412881.1，通过固态发酵优化获得高活性耐热植酸酶(36.3 μmol/mg/min)，纯化后酶活提升至125 μmol/mg/min。该酶在40℃和pH 7.0条件下活性最高，半衰期达5.2小时，能有效水解小麦麸皮中85%的植酸(phytic acid)，为动物饲料营养强化提供新型生物催化剂。分子对接显示其与植酸结合能(-7.1 kcal/mol)优于同类酶。

　　

植酸（phytic acid）作为植物中磷的主要储存形式，占谷物重量的2-5%，却是动物饲料中著名的“抗营养因子”。它通过螯合金属离子（如Fe²⁺、Zn²⁺）和蛋白质，降低矿物质与蛋白质的生物利用率，导致单胃动物需额外补充无机磷，既增加饲养成本又引发环境污染。如何高效降解植酸成为饲料工业的痛点，而微生物植酸酶（phytase）因其能将植酸水解为肌醇和无机磷，被视为最具潜力的解决方案。然而，现有植酸酶普遍存在热稳定性差、催化效率低等问题，限制了工业化应用。

针对这一挑战，扎加齐格大学（Zagazig University）的研究团队独辟蹊径，从药用植物玫瑰红景天（Catharanthus roseus）的内生真菌中寻找突破口。通过固态发酵（solid state fermentation, SSF）技术优化，他们成功从一株编号为EFBL-AS PV412881.1的Aspergillus terreus中获得了比活性达125 μmol/mg/min的高效耐热植酸酶，相关成果发表在《BMC Biotechnology》。

研究团队采用多学科交叉技术：首先通过形态学和ITS测序鉴定菌种；利用响应面法（FCCD）优化小麦麸皮培养基成分；采用凝胶过滤（Sephadex G100）和离子交换（Sepharose 4B）色谱纯化酶蛋白；通过HPLC分析植酸降解率；结合分子对接（AutoDock Vina）解析酶与底物的相互作用机制。

研究结果亮点

1. 菌株筛选与鉴定：从玫瑰红景天分离的10株内生真菌中，A. terreus在小麦麸皮上的植酸酶产量最高（20 μmol/mg/min），其ITS序列（GenBank PV412881.1）与已知菌株相似度达99.73%。
   

   

2. 发酵工艺优化：通过中心复合设计（FCCD）确定最佳培养基为含0.2% NaNO₃和0.4%酵母提取物的小麦麸皮，使酶活提升1.5倍至36.3 μmol/mg/min。温度（35℃）是最显著影响因素（p=0.0052）。

3. 酶学特性：纯化后酶分子量85 kDa，在pH 7.0和37-40℃时活性最高。半衰期（T_1/2）在40℃达5.2小时，热变性速率（K_r）仅0.27×10^-3/min，显著优于文献报道的A. niger植酸酶。
   

   

4. 应用验证：该酶处理使小麦麸皮植酸含量降低6.5倍（50→8 mg/g），HPLC检测降解率达85%。分子对接显示其与植酸的结合能（-7.1 kcal/mol）优于A. niger（-6.7 kcal/mol），关键结合位点包括ARG362和PHE403等残基。

这项研究的意义在于：首次从玫瑰红景天内生真菌中获得兼具高热稳定性（40℃下T_1/2>5h）与高催化效率的植酸酶，其在小麦麸皮处理中的卓越表现，为开发“无植酸”饲料添加剂提供了新选择。酶的热稳定性使其能耐受饲料加工中的高温制粒过程，而分子机制的解析则为后续酶分子改造奠定了理论基础。研究团队特别指出，该菌株的固态发酵工艺可直接利用农业副产物（如小麦麸皮），符合绿色生物制造理念，具有工业化推广潜力。