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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2014年第8期
环糊精（cyclodextrin，简称 CD），是由 D-吡喃
葡萄糖单元通过 α-1，4 糖苷键连接而成的环状低聚
糖的总称，常见的环糊精由 6、7 和 8 个葡萄糖单元
组成，分别称为 α-、β-和γ-CD［1-4］。由于 CD 分子
具有内部疏水、外部亲水的特性，使其能容纳与其
大小和形状合适的疏水性分子或基团而形成包合物，
改变这些被包埋物质的溶解度、挥发性及化学反应
性能等理化性质，因而在食品［5］、医药、化学、农业、
分析化学以及环保［6］等领域有着广泛的应用。β-环
糊精因其溶解度低，较易沉淀，在 3 种环糊精中最
容易实现大规模的工业生产。
收稿日期 ： 2014-01-20
基金项目 ：国家自然科学基金项目（31100048）
作者简介 ：杨玉路，女，硕士研究生，研究方向 ：环糊精葡萄糖基转移酶 ；E-mail ：llyang08k3232@163.com
通讯作者 ：吴敬，女，博士生导师，研究方向 ：食品与发酵 ；E-mail ：jingwu@jiangnan.edu.cn
重组 β-环糊精葡萄糖基转移酶生产 β-环糊精的
工艺条件优化
杨玉路1，2  王蕾1，2  陈晟1，2  吴敬1，2
（1. 江南大学 食品科学与技术国家重点实验室，无锡 214122 ；2. 江南大学生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室，无锡 214122）
摘 要： 将来自于 Bacillus circulans 251 的 β-CGTase 编码基因克隆到表达载体 pET-20b（+），转化 Escherichia coli BL21（DE3）。
经酶活检测培养基上清中的 β-CGTase 酶活为 20 U/mL。对酶转化淀粉生成 β-环糊精的反应条件进行了优化，结果表明，当底物马
铃薯淀粉浓度 15%，反应初始 pH5.5，温度 30℃，加酶量 10 U/g 干淀粉，环己烷浓度 2.5%-5%（V/V），转化周期 24 h，β-环糊精
转化率达到最高值 75.3%，是国内外报道的酶法生产 β-环糊精的最高水平。
关键词 ： 环糊精葡萄糖基转移酶 β-环糊精 酶转化 重组表达 淀粉
Optimization of β-cyclodextrin Production by Recombinant
β-cyclodextrin Glycosyltransferase
Yang Yulu1，2 Wang Lei1，2 Chen Sheng1，2 Wu Jing1，2
（1. State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122 ；2. School of Biotechnology and Key Laboratory
of Industrial Biotechnology Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi 214122）
Abstract:  The βcgt gene encoding β-CGTase from Bacillus circulans strain 251 was cloned into the expression vector pET-20b（+）.
The vector was then transformed into Escherichia coli BL21（DE3）for extracellular production of β-CGTase. The activity in the supernatant of
recombinant E. coli BL21（DE3）was 20 U/mL. Furthermore, the condition for β-cyclodextrin（β-CD）preparation by this recombinant β-CGTase
was optimized. At 15% potato starch, pH5.5, 30℃, 2.5%-5%（V/V）cyclohexane, 10 U β-CGTase per gram substrate incubated for 24 hours,
75.3% of the starch was transformed into β-CD. This is the highest level of β-CD conversion by enzyme method at home and abroad.
Key words:  Cyclodextrin glycosyltransferase β-cyclodextrin Enzymatic conversion Recombinant expression Starch
环糊精主要是由环糊精葡萄糖基转移酶（cyclo-
dextrin glycosyltransferase，CGTase，EC.2.4.19）作用
于淀粉、糖原、麦芽寡聚糖等葡萄糖聚合物［7-10］
等底物，通过环化反应而生成。大多数情况下，
CGTases 进行环化反应可以同时产生 α-［11］、β-［12-15］
和 γ-环糊精［16，17］，但通过添加不同的有机溶剂可以
选择性沉淀特定的环糊精，从而得到高纯度的特定
环糊精，如添加一定浓度的环己烷、甲苯、叔丁醇
可以提高 β-环糊精的比例和转化率［18，19］。
本研究将来自于 Bacillus circulans 251［20-22］ 的
β-CGTase 基 因（βcgt） 连 接 到 表 达 载 体 pET-20b
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第8期176
（+），获得重组质粒 pET-20b（+）-βcgt，将其转化
Escherichia coli BL21（DE3）［23］ 并 进 行 摇 瓶 发 酵，
测定培养基上清中的 β-CGTase 酶活力，旨在对酶转
化工艺进行研究，获得高效生产 β-环糊精的方法，
开发 β-环糊精用酶。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌 株 与 质 粒 大 肠 杆 菌（Escherichia coli）
JM109、大肠杆菌 BL21（DE3）、表达载体 pET-20b（+），
为本实验室保藏 ；大肠杆菌 BL21（DE3）含 pET-
20b（+）空载体为对照菌种，由本实验室构建及保藏；
目的基因 βcgt 为上海捷瑞生物工程有限公司合成。
1.1.2 培养基 LB 培养基（g/L）：蛋白胨 10，酵母
粉 5，NaCl 10，氨苄青霉素 0.1，pH7.0。TB 培养基
（g/L）：蛋白胨 12，酵母粉 24，甘油 5，K2HPO4 2.34，
KH2PO4 16.43，氨苄青霉素 0.1，甘氨酸 7.5，pH7.0。
1.1.3 试剂 质粒小量提取试剂盒、氨苄青霉素购
自上海生工生物工程公司 ；胶回收试剂盒、Nco I、
Hind III、T4 连接酶购自 TaKaRa 公司 ；α-，β-，γ-环
糊精标样购自 Sigma 公司 ；其他试剂为国产分析纯。
1.1.4 主要仪器 凝胶成像仪，蛋白电泳仪购自美
国 Bio-Rad 公司 ；DYY-6C 型电泳仪购自北京六一仪
器厂 ；高效液相色谱仪购自 Agilent 公司 ；细胞破碎
仪购自北京科实兴业科技有限公司。
1.2 方法
1.2.1 工程菌的构建 将携带目的基因 βcgt 的质粒
pGE-βcgt 经 Nco Ⅰ和 Hind Ⅲ双酶切后，将目的基因
片段割胶回收，采用 T4 连接酶将目的基因和同样酶
切处理的表达载体 pET-20b（+）连接，连接产物转
入 E.coli JM109 感受态细胞中，在平板培养基培养过
夜后，挑取单克隆液体培养，然后提取质粒得到重
组表达载体 pET-20b-βcgt。将表达载体 pET-20b-βcgt
进行双酶切验证，验证正确后转入 E.coli BL21（DE3）
感受态细胞中，涂布 LB 平板培养基，挑选单克隆，
培养过夜，-80℃甘油管保存。
1.2.2 摇瓶发酵生产 β-CGTase 种子培养 ：从 -80℃
保存的甘油管接一定量的菌液至 LB 培养基，37℃、
200 r/min，培养 8 h。
摇瓶发酵 ：将种子液以 5% 的接种量接入 TB 培
养基，37℃培养至 OD600 约为 1.5 时，加入终浓度为
0.1 mmol/L 的 IPTG 同时降温至 25℃进行重组蛋白的
诱导表达，转速 200 r/min，培养 60 h。离心收集上清，
即为 β-CGTase 粗酶液。
超 声 破 壁 ：用 25 mmol/L，pH5.5 的 Na2HPO4-
KH2PO4 缓冲液将细胞沉淀复溶到 OD600 为 5，用细
胞破碎仪进行破壁处理，离心收集破壁上清检验
β-CGTase 胞内表达情况。
1.2.3 β-CGTase 环化活性测定 利用环糊精可以包
埋酚酞的性质，采用比色法测定酶活［10，22，24］。用
25 mmol/L，pH5.5 的 Na2HPO4-KH2PO4 缓冲液配制 1%
的可溶性淀粉作为底物，取 2 mL 底物溶液，50℃
孵育 10 min，加入 0.1 mL 适当稀释的粗酶液，以
缓冲液为空白对照，精确反应 10 min，加入 0.2 mL
0.6 mol/L HCl 终止反应，然后加入 0.5 mL 0.6 mol/L
Na2CO3 调 pH 至 10.0，25℃条件下，加入 0.2 mL 1.2
mmol/L 酚酞溶液显色 15 min，在 550 nm 处测定吸光
值。一个酶活单位（U）定义为在上述测定条件下 1
min 内生成 1 μm β-环糊精所需要的酶量。
1.2.4 β-CGTase 酶学性质检测 最适温度和温度稳
定性 ：采用 25 mmol/L 柠檬酸 -Na2HPO4（pH5.5）缓
冲液，在 30-75℃范围内每隔 5℃测定 β-CGTase 酶活，
确定酶的最适温度，将酶活最高的计为 100%，计算
各温度下的相对酶活；在 25 mmol/L 柠檬酸 -Na2HPO4
（pH5.5）缓冲液中，将酶置于上述温度下保温 6 h，
测定残留酶活以确定酶的热稳定性。
最适 pH 和 pH 稳定性 ：在 50℃，pH4.0-8.0 范
围内每隔 0.5 个 pH 测定 β-CGTase 酶活，确定酶的
最适 pH，以酶活最高的计为 100%，计算其它 pH
条件下酶的相对酶活；将酶在上述 pH 缓冲液中于 4℃
放置 12 h，测定残留酶活以确定酶的 pH 稳定性。
1.2.5 β-环糊精的生产以及含量测定 用 0.2 mol/L，
pH5.5 的醋酸钠-醋酸缓冲溶液配制 15%（W/V）淀
粉溶液，沸水浴中加热糊化 10 min，冷却至反应温
度后添加一定量的 β-CGTase 和有机溶剂，充分混
匀后在 30℃、150 r/min 水浴摇床中反应 24 h。转化
后的液体加热灭酶后，蒸馏除去有机溶剂，蒸馏液
与 95% 乙 醇 1∶1 混 匀， 静 置 2 h，12 000 r/min 离
心 20 min，除去未转化的糊精，取 10 μL 上机分析。
采 用 HPLC 进 行 产 物 分 析 的 色 谱 条 件 是 ：Agilent
2014年第8期 177杨玉路等 ：重组 β-环糊精葡萄糖基转移酶生产 β-环糊精的工艺条件优化
1200 HPLC 色 谱 仪，Agilent 自 动 进 样 器， 色 谱 柱
250×4.6 mm 5 μm Hypersil APS-2 Column，Agilent 示
差检测器 ；流动相为乙腈∶水（65∶35），流速 0.8
mL/min ；柱温 40℃。转化率定义为生成的 β-环糊精
的质量比上底物的质量乘以 100%。䖜ॆ⦷%= ×100%⭏ᡀβ-⧟㋺㋮䍘䟿ᓅ⢙䍘䟿
1.2.6 β-环糊精的提取及分析 转化之后的反应液
经加热灭酶后进行水蒸气蒸馏，除去其中的有机溶
剂，水蒸气蒸馏液经过滤以后加热蒸发，浓缩至饱
和状态，晶体析出，采用冷冻干燥法获得 β-环糊精
的粉末，然后进行红外光谱鉴定分析。
2 结果
2.1 高产β-CGTase重组菌的构建
2.1.1 重组质粒 pET-20b-βcgt 的构建 携带有目的
基因的质粒 pGE-βcgt 和本实验室质粒 pET-20b（+）
分别经 Nco Ⅰ和 Hind Ⅲ双酶切后，将目的基因片段
和 pET-20b（+）胶回收、连接，转入 E.coli JM109
感受态细胞，抽提质粒。重组质粒经 Nco Ⅰ和 Hind
Ⅲ双酶切验证，结果（图 1）显示，在约 3 700 bp
和 2 000 bp 处有条带，分别和载体及基因大小一致，
表明重组表达载体 pET-20b-βcgt 构建成功。
心取上清，得到粗酶液，经检测，β-CGTase 胞外酶
活为 20 U/mL，破壁上清的酶活仅为 1.38 U/mL，表
明 90% 以上的 β-CGTase 都分泌到胞外，而携带空载
体的对照菌未检测到酶活。SDS-PAGE 电泳条带（图
2）显示，试验菌株发酵上清液蛋白（泳道 1）显示
大约在 70 kD 处出现一条蛋白条带，与理论 β-CGTase
分子量相符，而对照菌株发酵上清液蛋白（泳道 2）
处无条带，表明 β-CGTase 在 E.coli BL21（DE3）中
成功表达。
pET-20b+bp bp1 M1M2
βcgt
1000
750
500
250
100
1000
1500
2000
3000
5000
750
500
250
100
M1 ：5000 bp DNA Ladder Marker ；M2 ：2000 bp DNA Ladder Marker ；
1 ：重组质粒 pET-20b-βcgt
图 1 重组质粒 pET-20b-βcgt 酶切验证
97.4
kD
M 1 2
66.2 β-CGTase
43
31
20
14.4
M ：蛋白质 Marker ；1 ：E.coli BL21（DE3）/pET-20b-βcgt 上清 ；
2 ：E.coli BL21（DE3）/pET-20b 上清
图 2 β-环糊精葡萄糖基转移酶 SDS-PAGE 分析
2.2 重组β-CGTase酶学性质初步研究
2.2.1 温度对 β-CGTase 活性和稳定性的影响 温度
对酶活影响（图 3）显示，重组 β-CGTase 的最适温
度为 60℃，在 50-65℃酶活可保持在 85% 以上，当
温度升高到 70℃时，酶活下降至原来的 50%。热稳
定性结果（图 4）显示，在不同温度下保温 6 h 以
后，随着温度升高，残留酶活越来越低，在 30℃和
40℃时，残留酶活高达 90%，稳定性良好，但是高
于 50℃，残留酶活降至 30% 以下，表明该酶对高温
的耐受性不好。
20
30 40 50 60⑙ᓖć 70 800⴨ሩ䞦⍫% 406080100
图 3 温度对酶活力的影响
2.1.2 重 组 菌 E.coli BL21（DE3）/ pET-20b-βcgt 的
构建和培养 表达载体 pET-20b-βcgt 转化进入 E.coli
BL21（DE3）感受态细胞中，在 LB 平板培养基培养，
挑取单菌落接种至 LB 培养基培养过夜，转接 TB 培
养基，经 0.1 mmol/L IPTG 诱导表达，发酵 60 h 后离
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第8期178
2.2.2 pH 对 β-CGTase 活性和稳定性的影响 pH 对
β-CGTase 活性影响结果（图 5）显示，重组 β-CGTase
的最适 pH 值为 5.5，pH 在 5.5-7.0 之间酶活可保持
在 80% 以上，高于 7.0 和低于 5.5 酶活都降至 60%
以下。pH 对酶活稳定性（图 6）显示，经过 12 h 保
温后，pH 在 5.5-7.0 之间残留酶活都保持在 80% 以
上，表明该酶的活性在此 pH 范围内稳定性良好 ；
而在其他 pH 条件下，残留酶活降至 30% 以下，表
明该酶在过酸或过碱条件下耐受性不好。
粉为底物，加酶量为每克干淀粉 5 U，5%（V/V）环
己烷，分别在 30、40、50 和 60℃水浴摇床中转化 24 h，
蒸馏除去环己烷，HPLC 检测 β-环糊精生成量。如
表 1 所示，低温条件下，副产物比率明显下降，转
化率也明显上升，最高值为 71.8%。这是因为低温
有利于酶的稳定及 β-环糊精的特异性包埋沉淀，而
高温时酶的热稳定性较差，反应过程中酶已失活，
导致转化率较低，所以 30℃为最佳转化温度。以下
试验都将温度定为 30℃。
表 1 反应温度对酶转化的影响
温度（℃）
CD 转化率（%）
CD 总转化率（%）
α-CD β-CD γ-CD
30 2.8 97.2 ND 71.8
40 3.2 96.8 ND 62.5
50 10.1 88.3 1.6 59.3
60 29.2 66.1 4.7 45.9
ND 为未检测到，下同
2.3.2 有机试剂及浓度对酶转化的影响 以 15% 马
铃薯淀粉为底物，加酶量为每克干淀粉 5 U，分别
加入 2.5%、5%、7.5% 和 10%（V/V）环己烷、甲苯
以及无水乙醇，置于 30℃水浴摇床，转化 24 h，蒸
馏除去有机试剂，HPLC 检测 β-环糊精生成量。如
表 2 所示，环己烷和甲苯可以显著提高 β-环糊精的
比例，分别比不加有机溶剂的转化率提高了 40.4%
和 39.3%，并且从产物的特异性方面来看，环己烷
比甲苯更有利于 β-环糊精的生产 ；而乙醇对 β-环糊
精产量的提高不是很明显，虽然总转化率有所提升，
但是特异性效果较差。对于环己烷和甲苯，加入不
同的浓度对转化率影响不大，而环己烷的毒性和沸
点都低于甲苯，所以应该选择 2.5%-5% 的环己烷。
2.3.3 底物种类对酶转化的影响 分别配制 15% 的
马铃薯、木薯、蜡质玉米淀粉，加酶量为每克干淀
粉 5 U，5%（V/V） 环 己 烷， 置 于 30℃ 水 浴 摇 床，
转化 24 h，蒸馏除去环己烷，HPLC 检测 β-环糊精
生成量。如表 3 所示，马铃薯淀粉作为底物时，环
糊精总转化率为 71.9%，比蜡质玉米淀粉和木薯淀
粉分别提高了 10% 和 10.7%，而生产 β-环糊精的特
异性也稍高于另外两种淀粉。结果表明，马铃薯淀
粉作为底物最合适。
图 4 酶的热稳定性
20
30 40 50 60⑙ᓖć 700⴨ሩ䞦⍫% 406080100
20
3.5 4.0 4.5 6.0 6.55.0 5.5
pH
7.0 7.5 8.58.0
0
⴨ሩ䞦⍫% 406080100
图 5 pH 对酶活力的影响
20
3.5 4.0 4.5 6.0 6.55.0 5.5
pH
7.0 7.5 8.58.0
0
⴨ሩ䞦⍫% 406080100
图 6 酶的 pH 稳定性
2.3 重组β-CGTase制备β-环糊精转化条件优化
2.3.1 反应温度对酶转化的影响 以 15% 马铃薯淀
2014年第8期 179杨玉路等 ：重组 β-环糊精葡萄糖基转移酶生产 β-环糊精的工艺条件优化
表 3 底物种类对酶转化的影响
底物种类
CD 转化率（%）
CD 总转化率（%）
α-CD β-CD γ-CD
马铃薯淀粉 2.8 97.2 ND 71.9
蜡质玉米淀粉 3.0 97.0 ND 61.9
木薯淀粉 3.4 96.6 ND 61.2
2.3.4 马铃薯淀粉浓度对酶转化的影响 分别配制
5%、10%、15% 和 20% 马铃薯淀粉，加酶量为每克
干淀粉 5 U，5%（V/V）环己烷，置于 30℃水浴摇床，
转化 24 h，蒸馏除去环己烷，HPLC 检测 β-环糊精
生成量。如表 4 所示，随着马铃薯淀粉浓度的增大，
环糊精总转化率虽然越来越低，但是 β-环糊精在产
物中所占比例越来越高。综合考虑产品中 β-环糊精
比例和产率，本着节省资源，降低工业成本的原则，
应选择 15%-20% 浓度为宜。
2.3.5 反应时间对酶转化的影响 以 15% 马铃薯淀
粉为底物，加酶量为每克干淀粉 5 U，5%（V/V）环
己烷，置于 30℃水浴摇床，定时取样，检测 β-环糊
精生成量。如表 5 所示，随着转化时间的延长，β-
环糊精的特异性有所提高，在 18 h 之后转化率提
高的幅度不大，总转化率在 24 h 时达最高值，为
71.1%，所以可将转化时间定为 24 h。
2.3.6 反 应 初 始 pH 对 酶 转 化 的 影 响 分 别 用
pH4.0-7.0 的醋酸缓冲液配制 15% 马铃薯淀粉，加
酶量为每克干淀粉 5 U，5%（V/V）环己烷，置于
30℃水浴摇床，转化 24 h，蒸馏除去环己烷，HPLC
检测 β-环糊精生成量。如表 6 所示，当初始 pH 为 5.5
时，环糊精总转化率最高，为 72.5%。但初始 pH
在 5.0-7.0 内对环糊精的特异性和转化率影响不是很
大，可能是因为酶在上述 pH 范围内比较稳定，能
够保持较高的活性。
表 6 反应初始 pH 对酶转化的影响
pH
CD 转化率（%）
CD 总转化率（%）
α-CD β-CD γ-CD
4.0 4.8 91.8 3.4 60.5
4.5 3.3 95.9 0.8 64.8
5.0 2.4 95.7 1.9 69.5
5.5 2.5 97.5 ND 72.5
6.0 2.0 98.0 ND 70.1
6.5 2.5 97.5 ND 69.9
7.0 2.2 97.8 ND 68.8
2.3.7 加 酶 量 对 酶 转 化 的 影 响 以 15% 马 铃 薯
淀粉为底物，在 30℃水浴条件下，加入不同量的
β-CGTase，加酶量分别为每克干淀粉 2.5、5.0、7.5
和 10.0 U，5%（V/V）环己烷，转化 24 h，蒸馏除
去环己烷，HPLC 检测 β-环糊精生成量。如表 7 所示，
随着加酶量的增多，环糊精总转化率逐渐增大，β-
环糊精的特异性也有所提高，但是在加酶量为 5.0 U/g
干淀粉之后，转化率增大的不明显，最高为 10 U/g，
此时总转化率高达 76.8%，而 β-CD 所占比例也达到
最高值，为 98.1%。综合考虑特异性、转化率及经
济性因素，可以选择加酶量为每克干淀粉 5 U。
表 2 有机试剂及浓度对酶转化的影响
有机试剂 浓度（%）
CD 转化率（%）
CD 总转化率（%）
α-CD β-CD γ-CD
无 0 23.6 65.2 11.2 30.2
环已烷 2.5 1.6 98.4 ND 69.4
5.0 1.6 98.4 ND 70.6
7.5 1.7 98.3 ND 69.9
10.0 2.4 97.6 ND 69.8
甲苯 2.5 1.9 96.9 1.2 68.1
5.0 2.0 96.9 1.1 69.5
7.5 1.9 97.1 1.0 68.9
10.0 2.1 96.6 1.3 69.1
乙醇 2.5 48.8 43.5 7.7 60.8
5.0 37.6 53.8 8.6 58.1
7.5 30.1 58.8 11.1 47.5
10.0 21.1 66.2 12.7 40.4
表 4 马铃薯淀粉浓度对酶转化的影响
马铃薯淀粉浓度（%）
CD 转化率（%）
CD 总转化率（%）
α-CD β-CD γ-CD
5 10.1 87.5 2.4 88.3
10 11.1 88.1 0.8 84.1
15 1.9 98.1 ND 73.8
20 2.0 98.0 ND 71.3
表 5 反应时间对酶转化的影响
反应时间（h）
CD 转化率（%）
CD 总转化率（%）
α-CD β-CD γ-CD
12 4.1 95.9 ND 62.2
18 2.7 97.3 ND 69.1
24 2.2 97.8 ND 71.1
30 1.9 98.1 ND 70.6
36 1.8 98.2 ND 70.4
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第8期180
表 7 加酶量对酶转化的影响
加酶量（U/g 干淀粉）
CD 转化率（%）
CD 总转化率（%）
α-CD β-CD γ-CD
2.5 3.7 96.3 ND 62.1
5.0 2.2 97.8 ND 73.5
7.5 2.9 97.1 ND 75.2
10.0 1.9 98.1 ND 76.8
3 讨论
早在 1994 年，荷兰的 Catherine 等［25］ 就克隆
表 达 了 来 自 于 Bacillus circulans 251 的 CGTase， 并
研究了此重组酶的结构，该酶显示出了与来自于
Bacillus circulans 8 的 CGTase 75% 的同源性。随后，
Ronald 等［21］又对该酶的晶体结构进行了详细的解
析，Penninga 等［22］则是在 195 位酪氨酸处做了定点
突变，从而考察该位点对形成特定产物的重要作用。
在上述研究的基础上，本研究重点考察该酶的工业
化应用，在 E.coli BL21（DE3）中成功表达了来源
于 Bacillus circulans 251 的 CGTase，酶活为 20 U/mL，
胞外表达量达 90% 以上。下一步研究重点是将该重
组菌在 3 L 发酵罐中进行优化，获得更高表达量的
酶液。
我 国 对 于 CGTase 转 化 淀 粉 生 成 环 糊 精 的 研
究还不是很多，王雁萍［7］以 5% 马铃薯淀粉为底
物，加入 10% 乙醇，转化 24 h，环糊精转化率可达
57.97%。王俊英等［26］用嗜碱芽孢杆菌来源 CGTase
转化 5% 的可溶性淀粉，β-CD 的转化率仅为 40%。
国外的研究相对多一些，Jemli 等［27］以 10% 马铃薯
淀粉作为底物，用 Paenibacillus pabuli US132 来源的
CGTase 进行催化，环糊精总产量达 42 g/L，β-CD 占
63% ；Sian 等［28］ 用 alkalophilic Bacillus sp. G1 来 源
的 CGTase 转化木薯淀粉，环糊精总产量达 4.25 g/L，
β-CD 比例高达 89% ；对于 Bacillus circulans 251 来源
的 CGTase，Blackwood 等［18］也只将 β-CD 的比例提
高到 82%。本研究在考察了温度对酶转化的影响的
基础上，对其他的影响条件，如有机溶剂、转化时间、
加酶量等进一步考察，最终把 β-CD 的转化率提高到
75.3%，而 β-CD 占总环糊精的比例也高达 98.1%，
均高于上述研究。同时，该工艺流程简单，操作方便，
这为 β-CD 的工业化生产奠定了坚实的基础，具有广
阔的实际应用前景。
此外，段续果等［11］通过异淀粉酶与 α-CGTase
复配，将环糊精的转化率由 60.36% 提高到 84.63%，
Rendleman 等［29］尝试不同的底物和脱支酶，环糊精
的转化率最高可达 90% 以上。鉴于该重组酶转化的
pH 范围比较宽，在后续的工作中考虑将脱支酶与
CGTase 进行复配，以此提高产物的转化率。
4 结论
本研究成功获得了能够分泌表达 β-CGTase 的重
组 E.coli BL21（DE3）菌株，初步试验表明重组菌
发酵上清液中 β-CGTase 酶活可达 20 U/mL。采用该
重组 β-CGTase 优化了酶法生产 β-CD 的工艺条件。
结果表明，最优条件为底物马铃薯淀粉浓度 15%，
反应 pH5.5，温度 30℃，加酶量 10 U/g 干淀粉，环
己烷浓度 2.5%-5%（V/V），转化时间 24 h，β-CD 总
转化率可达 75.3%，且 β-CD 占总环糊精的比例高达
98.1%。
参 考 文 献
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（责任编辑 马鑫）