固定化青春双歧杆菌β-半乳糖苷酶BgaC在多次循环使用中保持稳定性与活性的研究

本研究针对工业用酶易失活、成本高的问题，通过钙藻酸盐-明胶交联法固定化青春双歧杆菌β-半乳糖苷酶BgaC。结果表明，固定化酶Km值降低至810±220 μM（游离酶为2500±3 μM），催化效率（kcat/KM）提升至990 s-1 mM-1，且在pH 4-10和40℃条件下稳定性显著增强，12次循环后仍保留69%活性。该技术为乳制品去乳糖和益生元生产提供了高效可回收的生物催化剂。

　　

乳糖不耐受人群的饮食需求和功能性乳制品市场的扩大，对高效稳定的β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）需求迫切。然而，游离酶在工业应用中存在易失活、难回收的瓶颈。爱尔兰国立大学高威分校（University of Galway）Pathogenic Mechanisms Research Group的Daniel Mehabie Mulualem团队通过创新性固定化策略，将青春双歧杆菌（Bifidobacterium adolescentis）来源的BgaC酶与钙藻酸盐-明胶基质交联，显著提升了酶的工业适用性。相关成果发表于《Applied Microbiology and Biotechnology》。

研究采用钙藻酸盐-明胶共混基质结合戊二醛交联技术，通过Ni²⁺-NTA亲和层析纯化重组BgaC，以邻硝基苯基-β-D-半乳糖苷（ONPG）和乳糖为底物进行动力学分析，并通过pH/温度梯度实验评估稳定性。

Immobilization and specific activity
固定化BgaC对乳糖的比活性达89.5±0.3 μmol/min/mg，较游离酶提升2.3倍，且载体基质未阻碍底物扩散。

Kinetic parameters
固定化使K_M值从2500±3 μM降至810±220 μM，k_cat/K_M提升11.8倍，表明交联过程优化了酶-底物结合微环境。

pH and temperature stability
固定化酶在pH 4-10保持93%-81%活性，而游离酶在pH<5.5或>8.0时活性骤降；40℃下固定化酶活性提升，50℃时仍保留74%活性（游离酶仅41%）。

Reutilization
12次循环使用后活性保留69%，载体溶胀是限制因素，添加Ca²⁺可优化机械强度。

该研究首次建立BgaC固定化方法，其增强的酸碱耐受性、热稳定性及可重复使用性，为乳清处理、低乳糖乳制品和益生元（如低聚半乳糖，GOS）的工业化生产提供了新方案。固定化酶在固定床反应器中的适用性，有望推动生物催化技术在食品工业中的规模化应用。