1. 研究目的与意义
菊粉是一种存在于植物体内天然的储藏性碳水化合物，它属果聚糖。菊粉酶主要存在于菊芋、菊苣、蒲公英、牛蒡和朝鲜蓟等植物体的根部或茎部和微生物中，可作为新的脸颊糖原及功能食品加以开发。菊粉酶按其水解果糖苷键的方式不同，可分为内切和外切两类，提取简便，作为果糖原料很有价值，它为果糖、高果糖浆、低聚果糖、乙醇、丙酮-丁醇、琥珀酸或乳酸等产品的生产提供了广泛的前景，具有巨大的工业应用潜力。
目前，菊粉通过外切酶或内切酶的复合水解生产超高果糖，利用菊粉酶水解菊粉酶或菊芋汁生产果糖或果糖浆具有很大的工业潜力，他的研究已引起了人们的高度重视［6］。
菊粉和低聚果糖都具有特定的生物活性，比如能够改善胃肠道环境吸附病原菌促进矿物质元素的吸收，降低胆固醇和脂肪水平刺激和加强机体免疫反应抑制 特定肿瘤和癌症的发生等因此低聚果糖在工业、医疗保健等工业上具有良好的应用前景［9］。
2. 国内外研究现状分析
目前国内外对菊粉酶酶学性质研究比较多的是一些酵母和真菌重的一些青霉、曲霉、黑曲霉等。
我国菊粉酶的研究始于90年代初，目前已有一些关于菌株筛选、诱变育种、酶的分离纯化及酶学性质研究、实验室小规模发酵方面的报道，但绝大多数停留在实验室研究阶段。目前国内研究主要集中在外切型菊粉酶，关于内切型菊粉酶的报道很少，而内切型菊粉酶可生产双歧因子低聚果糖，所以应用前景更为广阔［6］。此外，我国目前对微生物菊粉酶的研究主要涉及菌种的筛选、酶的分离纯化与性质以及基因工程菌的构建，而对菊粉酶的结构与功能的关系方面研究还是比较少的［3］。
国外关于菊粉酶的研究始于20世纪70年代。20世纪80年代以来已报道了很多菊粉酶高活性菌株在利用微生物菊粉酶生产超高果糖浆和酒精发酵菊粉酶及其产生菌的固定化技术以及菊粉酶在生产上的应用等方面进行了研究。［11］
3. 研究的基本内容与计划
3.2.1.菊粉酶的分类
根据菊粉酶对底物的作用方式，可将其分为内切型菊粉酶和外切型菊粉酶。内切菊粉酶的色氨酸残基比外切菊粉酶的色氨酸残基所处环境的极性大，对环境的变化更敏感，并且更加暴露，表明这两种酶具有不同的构象，这种构象的差别可能是导致二者对底物菊粉作用机理不同的原因［3］。
根据来源不同，又可将菊粉酶分为我生物菊粉酶和植物菊粉酶。产菊粉酶的微生物包括丝状真菌、酵母和细菌。目前研究较多的微生物产菊粉酶有霉菌中的黑曲霉(aspergillus niger)、青霉(penicillium sp.)，酵母中的脆壁克鲁维酵母(kluyveromyce fragilis)、马克斯克鲁维酵母(k.marxianus)等。大部分的霉菌产胞外酶,而酵母既产胞外酶又产胞内酶。此外，关于菊粉酶产量，真菌中最好的是黑曲霉(75 u/ml) ；
4. 研究创新点
此实验是利用基因工程的原理和方法，将内切菊粉酶基因克隆，并在大肠杆菌中进行表达。重组菌经诱导后对表达产物进行酶活检测和酶水解产物分析，检测酶液的内切菊粉酶活性以及水解产物。
利用菊粉酶工业化生产低聚果糖是利用内切型菊粉酶水解菊粉而成，其实现的关键是要具备生产没有外切菊粉酶和转化酶活力的高纯度内切菊粉酶。在野生型菌种中，由于菊粉酶同时存在内切菊粉酶和外切菊粉酶，而外切型菊粉酶从菊粉分子的非还原末端依次切下果糖分子，内切菊粉酶仅作用于菊粉,随机断开菊粉链内部的糖苷键，所以当两种酶同时存在时只能得到单个的果糖分子，因此我们现在需要进一步的研究创新从而得到没有外切菊粉酶活性的高纯度内切菊粉酶，以备低聚果糖的制备。
