[發明專利]一種纖維素酶制劑及其應用

有效

• 申請號: 201710324806.X
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN108866025B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 崔球;劉亞君;張杰;劉世岳;馮銀剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12N9/42
• 分類號: C12N9/42;C07K19/00;C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 山東康裕律師事務所 37311
• 代理人: 傅培

本發明屬于生物技術領域，具體是一種催化木質纖維素糖化的纖維素酶制劑及其應用。本發明提供的酶制劑同時含有纖維小體復合體以及β?1,4?葡萄糖苷酶，其中，β?1,4?葡萄糖苷酶通過共價或非共價的蛋白質相互作用方式或與纖維小體組分融合表達的方式結合在纖維小體復合體中。本發明所涉及的酶制劑不僅可以實現木質纖維素底物的高效水解，具有高的可發酵糖產量及糖化率，并且具有生產成本低廉等優勢。

技術領域

本發明屬于生物技術領域，具體是一種催化木質纖維素糖化的纖維素酶制劑及其應用。

背景技術

木質纖維素是一類供應豐富且環境友好的可再生生物質，是唯一可大規模再生且全面替代化石能源的資源，大力發展木質纖維素原料在能源等領域的利用，是加快發展循環經濟，保障國家能源安全和碳減排的一項重要戰略任務。然而，木質纖維素轉化的最大瓶頸莫過于纖維素結晶區難降解、導致酶解效率低，成本高。因此，要實現木質纖維素的高效利用，就必須首先實現該不溶性復雜底物的高效水解糖化。目前，木質纖維素糖化主要是通過依賴于真菌游離酶纖維素降解酶系的工藝來實現。這些工藝中酶的成本占木質纖維素生物轉化過程總成本的50％左右，且經過幾十年的努力仍不能有效降低其用酶成本。此外，木質纖維素的水解效率也是重要的限制因素。因此，需要轉換思路，開發不同于游離纖維素酶系的新型酶制劑實現木質纖維素的高效利用。

已知纖維小體是熱纖梭菌等厭氧細菌生產的一種具有復雜結構和組分的多酶復合體，是自然界中已知的最高效的纖維素降解體系之一。纖維小體包括腳架蛋白等非催化單元以及具有不同催化活性的酶單元，并通過多級腳架蛋白和不同纖維小體酶類具有的多類型組裝模塊間特異性的非共價相互作用，將不同的功能組分組裝成為分子量超過兆道爾頓的超分子多酶復合體。纖維小體組分和結構還具有時空調控特性，以適應木質纖維素的復雜成分，從而保證了其高效降解活力。此外，纖維小體還通過腳架蛋白或纖維素酶上所具有的纖維素結合模塊和掛壁模塊與底物及細胞組成三元復合體，纖維小體和細胞間的協同作用可以進一步提高了木質纖維素的糖化效率(專利文件EP2013355)。

盡管纖維小體及其生產菌株在木質纖維素糖化應用中具有巨大潛力，但目前纖維二糖對纖維小體酶的反饋抑制作用是阻礙其工業化應用的最大因素之一。前人主要通過向水解體系里額外添加β-1,4-葡萄糖苷酶水解纖維二來解除反饋抑制作用。如，專利文件WO/2013/137151通過向熱纖梭菌的纖維素水解體系中添加來源于嗜熱厭氧桿菌的游離β-1,4-葡萄糖苷酶提高葡萄糖產量；專利文件CN200910252180用生產β-1,4-葡萄糖苷酶的畢赤酵母與其他菌劑進行配伍實現β-1,4-葡萄糖苷酶的添加。此外，多年來，國內外研究者為了提高β-1,4-葡萄糖苷酶的產量、降低生產成本，開展了篩選新型的β-1,4-葡萄糖苷酶生產菌株(CN201180007605、CN20141007552、CN201310686413)、開發新型的β-1,4-葡萄糖苷酶生產(CN201410126924)及回收工藝(US9074200)，以及通過蛋白質工程手段對β-1,4-葡萄糖苷酶進行改造(CN201410603781、CN201310125106、CN201080061975)等工作。然而，由于添加的β-1,4-葡萄糖苷酶的活性及穩定性會隨著糖化過程的進行而降低，因此，酶的消耗需要提高酶添加量或添加次數。β-1,4-葡萄糖苷酶作為游離酶添加到糖化體系中，會顯著降低與體系中其他酶的協同作用，不可避免造成大于需求量的酶的額外添加，導致酶制劑成本的居高不下。不僅如此，這種依賴于外源添加游離酶的糖化策略，工藝復雜，對設備要求高，轉化效率還不能滿足工業化生產要求。因此，現階段需要根據整合生物加工的糖化策略，開發新型的高效纖維素酶制劑，將纖維素酶和β-1,4-葡萄糖苷酶的生產與糖化過程進行整合，實現木質纖維素的“一鍋法”原位糖化。

發明內容

本發明目的在于提供一種催化木質纖維素糖化的纖維素酶制劑。

為實現上述目的，本發明所采用技術方案為：

一種纖維素酶制劑，酶制劑由單一產纖維小體微生物合成，其為β-1,4-葡萄糖苷酶與纖維小體中的組分相互作用結合在纖維小體復合體中。