[發明專利]一種玉米淀粉降解能力提高的嗜熱酸性生淀粉α-淀粉酶突變體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810720460.X
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108823186B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 曾靜;袁林;郭建軍
• 申請（專利權）人: 江西省科學院微生物研究所
• 主分類號: C12N9/28
• 分類號: C12N9/28;C12N15/56;C12N15/75;C12N1/21;C12R1/125
• 代理公司: 深圳市智旭鼎浩知識產權代理事務所(普通合伙) 44746
• 代理人: 周超

本發明公開了一種玉米淀粉降解能力提高的嗜熱酸性生淀粉α?淀粉酶突變體及其制備方法和應用，屬于基因工程和酶工程領域。本發明對生淀粉α?淀粉酶GTamy的SBD結構域進行環化重排突變，再將GTamy中SBD替換為SBD環化重排突變體，構建GTamy環化重排突變體。通過比較GTamy環化重排突變體對玉米淀粉的酶活力，篩選出玉米淀粉降解能力顯著提高的生淀粉α?淀粉酶突變體GTamy?S498。本發明提供的生淀粉α?淀粉酶突變體GTamy?S498對玉米淀粉的酶活力由對照(突變前)的21.08U/mg提高到114.77U/mg，提高了5.44倍。生淀粉α?淀粉酶突變體GTamy?S498的玉米淀粉降解能力顯著提高，并且其酶學性質符合淀粉液化工藝的需要，更適用于淀粉液化工藝。

技術領域

本發明屬于基因工程和酶工程領域，具體涉及一種玉米淀粉降解能力提高的嗜熱酸性生淀粉α-淀粉酶突變體及其制備方法和應用。

背景技術

天然生淀粉是一種結構復雜而致密的顆粒，在應用前往往需要經過強酸、強堿、高溫或者酶法處理來破壞生淀粉顆粒的結構。酶法降解生淀粉能夠簡化現代發酵工業中的生淀粉前處理過程，更加環保并節約能耗，因此生淀粉降解酶的研究一直受到高度關注。生淀粉酶是指能對不經過蒸煮糊化的生淀粉顆粒表現出強水解活性的酶類。在α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、異淀粉酶中均有部分酶具有水解生淀粉的能力。

生淀粉α-淀粉酶可以在低于糊化溫度條件下直接作用于未經蒸煮糊化的生淀粉顆粒，在淀粉液化過程中能夠省去生淀粉糊化步驟，有利于節約能源和簡化工藝，因此生淀粉α-淀粉酶在釀造、食品、造紙、紡織等領域具有巨大的應用潛力。在淀粉雙酶法水解工藝中為了防止雜菌污染需要適當加溫，至少要達到60℃。此外，生淀粉加水形成的乳濁液的pH值一般為5.8～6.5，由于淀粉工業中循環工藝的應用，淀粉水解過程中的pH通常在5.0左右。因此，獲得嗜熱酸性和不依賴于Ca²⁺的生淀粉α-淀粉酶，有利于對現行淀粉加工工業的工藝體系進行技術升級和改造。

來源于嗜熱菌Geobacillus thermoleovorans的α-淀粉酶GTamy屬于嗜熱酸性生淀粉α-淀粉酶(Mehta D,Satyanarayana T,Biochemical and molecularcharacterization of recombinant acidic and thermostable raw-starchhydrolysing α-amylase from an extreme thermophile Geobacillus thermoleovorans[J].Journal of Molecular Catalysis B:enzymatic,2013,85:229-238.)，具有優良的高溫活性和熱穩定性，其最適反應溫度為80℃，最適反應pH為5.0，于80℃的可溶性淀粉酶活達1723U/mg，于80℃的半衰期為184min，其活性和熱穩定性均不依賴于Ca²⁺。GTamy是目前報道的玉米淀粉降解率最高的生淀粉α-淀粉酶，使用0.1U/(mg淀粉)的酶液，于80℃水解30％玉米淀粉3h(pH 5.0)，玉米淀粉降解率達54％。并且GTamy的酶學性質(如熱穩定、低pH、不依賴于Ca²⁺)使得其在淀粉液化工藝中具有巨大的應用潛力。

GTamy應用于淀粉液化工藝中，可以在滿足工業生產要求的前提下(30％玉米淀粉乳、反應時間3h、pH 5.0)，在低于淀粉糊化溫度的條件下液化玉米淀粉，省去傳統雙酶法水解工藝中的糊化步驟，有利于簡化工藝、節約能源。但是GTamy的玉米淀粉降解能力距離工業應用仍有一定的距離，例如0.1U/(mg淀粉)的酶液在以上條件下80℃處理玉米淀粉的降解率為54％，因此GTamy的玉米淀粉降解能力有待進一步提高。本發明擬采用基于蛋白質分子結構的環化重排方法對GTamy進行分子改造，來獲得玉米淀粉降解能力提高的GTamy突變體。

發明內容