L-瓜氨酸作为一种重要氨基酸，广泛应用于食品、医药、化工和化妆品等工业领域中。瓜氨酸生产方法包括化学合成法、提取法、发酵法、酶转化法等。其中，酶转化法因其工艺简单、成本低、产物纯度高等优点而备受关注。然而，酶法生产L-瓜氨酸也面临一系列的关键科学问题：如何选择水解L-精氨酸胍基的酶；如何获得生物催化过程中关键酶的高产菌株；如何建立高效的生物转化体系？
近日，江南大学微生物制造工程实验室(www.fmme.cn)通过蛋白质工程手段获得了重组精氨酸脱亚胺酶，并采用一步酶促反应，将其应用于L-瓜氨酸的制备。科研人员利用数据库挖掘方法获得了来源于Lactococcus lactis的精氨酸脱亚胺酶，该酶对L-精氨酸具有高活性和选择性。通过易错PCR对ADI进行突变，构建精氨酸脱亚胺酶(ADI)高产菌株，从突变文库里筛选获得一株性质改善的ADI生产菌株FMME106，Km值从8.6 mmol·L-1降为3.5 mmol·L-1，比酶活提高了38.3%。通过发酵工程手段调控其产酶过程，使得酶活力比优化前提高6.8倍，单位菌体产酶能力比优化前提高5倍。通过催化条件优化，在30 L发酵罐中，15 g·L-1的菌体细胞和190 g·L-1的L-精氨酸在50oC、pH 7.2的条件下转化8 h，L-瓜氨酸的产量为176.9 g·L-1，转化率为92.3%，生产强度为22.1 g·(L·h)-1，单位菌体L-瓜氨酸产量为11.8 g·g-1。该方法为酶法水解L-精氨酸胍基生产L-瓜氨酸的工业化提供了一定的理论支持。
本项目得到江苏省杰出青年基金(BK2012002)和及江南大学自主科研计划重点项目(JUSRP51303A)支持。相关研究成果发表在Journal of Biotechnology期刊。
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