[發明專利]一種新型內切木聚糖酶及其編碼基因和應用

有效

• 申請號: 201110179148.2
• 申請日: 2011-06-20
• 公開（公告）號: CN102286447A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 黃勇平;劉寧;嚴興;苗雪霞;王倩;謝磊;周志華;王升躍;王玥珠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海生命科學研究院
• 主分類號: C12N9/42
• 分類號: C12N9/42;C12N15/56;C12N15/63;C12N1/21;C12N1/19;C12N5/10;C12P19/14;A23L1/03;C12G1/00;D06L3/11;A23K1/165;C12P7/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳靜

技術領域

本發明屬于生物技術領域，涉及一種新型內切木聚糖酶及其編碼基因和應用。

背景技術

木聚糖簡介。木聚糖，是植物細胞壁中半纖維素的主要成份，由木糖分子(DXylose)以β-1，4-連結成主鏈；阿拉伯呋喃糖苷基、葡糖醛酸基或乙酰基等連結成支鏈。在自然界中是除纖維素之外含量最為豐富的可再生植物多糖。

木聚糖的來源。富含木聚糖的原料來源廣泛，包括硬木、軟木、秸稈、稻草、麩皮等農、林、工業廢棄物及城市固體垃圾等。且不同植物所含木聚糖的多少也有所差別，一般硬材中所含木聚糖比軟材中多，硬材中能占到干重的15～30％，軟材中一般占干重的7～12％。而在一些一年生植物如小麥、甘煎、棉子殼中，木聚糖含量則高達30％以上。

木聚糖酶簡介。木聚糖酶是一系列糖基水解酶(E.C.3.2.1.x)的總稱。由于組成木聚糖單糖單元的差異、鍵的類型不同、以及木聚糖中存在許多不同取代基的支鏈，木聚糖的徹底降解需要多種酶參與，包括：內切-1，4-β-木聚糖酶(endo-β-1，4-xylanase，EC?3.2.1.8)，β-木糖苷酶(β-xylosidase，EC?3.2.1.37)，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶(α-L-arabinofuranosidase，E.C.3.2.1.39)、β-D-葡萄糖醛酸苷酶(β-D-glucuronidase，EC?3.2.1.39)、乙酰木聚糖酯酶(acetyl?xylan?esterases，E.C.3.1.1.72)以及降解阿拉伯糖側鏈殘基與酚酸(如阿魏酸或香豆酸)形成的酯鍵酚酸酯酶(ferulic?or?p-coumaric?acid?esterase，E.C.3.2.1.73)等。其中，內切-1，4-β-木聚糖酶是降解木聚糖最主要的酶。該酶以內切方式作用于木聚糖主鏈內部的β-1，4-木糖苷鍵，將大分子多聚木糖水解為低聚木糖和少量木糖，從而起始多聚糖的逐步降解(Bernier?R，Driguez?H，Desrochers?M?Gene?26：59-65，1983)

木聚糖酶在傳統產業中的應用。木聚糖酶被廣泛應用于包括食品、飼料、造紙、紡織等各種工業部門中，并在其中扮演重要的角色。第一，在食品工業中，木聚糖酶被用于水果、蔬菜和植物加工，以促進浸漬過程，使汁液澄清，提高產量和過濾效率；被用于葡萄酒制造和釀造以促進葡萄皮浸漬和降低成品的混濁度；被用于培烤、磨粉、糕點、糖果的加工中以提高面團的彈性和強度，改善的面包質地；被用于咖啡加工中，以降低咖啡提取物的粘度并改善了干燥/凍干過程。第二，在造紙工業中，木聚糖酶被用于促進制漿處理和代替機械制漿，不僅能有效降低能量消耗還可提高紙漿的原纖維形成和透水性進而提高加工效率和紙張強度。第三，在紡織工業中，木聚糖酶被用于紡織品(亞麻，黃麻，蘭麻，大麻等)的酶解返麻中，以減少或替代化學混麻方法。第四，在農牧業中，木聚糖酶被廣泛應用于單胃動物(如豬和家禽)以及反芻動物的飼料中。輔助動物有效降解木聚糖，降低飼料中非淀粉多糖的含量，以提高飼料的可消化性和營養價值同時減少環境污染。

木聚糖酶在生物能源領域的作用。尤為重要的是，在全球化石資源日益枯竭，開發新型生物能源迫在眉睫的背景下，木聚糖酶可與其他纖維素酶、半纖維素酶共同應用于將木質纖維素轉化為燃料乙醇的工業生產中。一方面，木聚糖酶通過降解木質纖維素中與木質素及纖維素骨架鏈緊密交聯的半纖維素鏈，大大提高纖維素酶接觸并作用于纖維素鏈的頻率和效率，從而間接提高纖維素的降解效率；另一方面，隨著近年來五碳糖發酵途徑及菌株的研究、開發，利用細菌、酵母及絲狀真菌發酵木聚糖水解產物木糖生產燃料乙醇的工藝日趨成熟。兩方面共同作用使木質纖維素的轉化效率大大提高，從而有效降低燃料乙醇的生產成本。

木聚糖酶的研究歷史。由于木聚糖酶有著廣泛的用途，對木聚糖酶的研究早在六十年代就已開始，且已經從不同來源的微生物中分離到大量的不同類型不同功能的木聚糖酶。研究得較為清楚的有Trichoderma?reesei(里氏木霉)、Aspergillus?niger(黑曲霉)、Streptomyces?lividans(變鉛青鏈霉菌)、Cellulomonas?fimi(糞肥桿菌)、Clostridium?thermocellum(熱纖梭菌)、Penicillium?simplicissimum(簡青霉)等所產生的木聚糖酶。需要指出的是，這些木聚糖酶基因大部分都是從純培養的微生物中分離出來的，而自然界中可培養微生物的種類尚不足1％，獲得的木聚糖酶在理化特性、催化效率、產量等方面也遠遠不能滿足現代工業生產的需求。