[發明專利]聚合物改性β-葡萄糖苷酶及其制備與在木質纖維素酶解中的應用

有效

• 申請號: 202110380497.4
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113151225B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 樓宏銘;覃飛揚;李飛云;焦芮;龐煜霞;邱學青
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C12N9/42
• 分類號: C12N9/42;C12P7/10;C12P19/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 殷妹

本發明公開了聚合物改性β?葡萄糖苷酶及其制備與在木質纖維素酶解中的應用。本發明在β?葡萄糖苷酶表面接枝含丙烯酰胺和丙烯酸及可陽離子化和/或疏水化單體的嵌段聚合物，再與纖維素酶制劑復合，加入以木質纖維素為底物的酶解體系中，使聚合物改性酶優先吸附于木質素上，減少內外切酶在木質素上的“無效吸附”，實現木質纖維素的酶解強化，同時利用丙烯酸嵌段調節聚合物改性酶間的靜電吸附。酶解結束后，體系溫度降至0～45℃時，具有溫度響應的聚合物改性β?葡萄糖苷酶沉淀析出，通過固液分離回收改性β?葡萄糖苷酶。

技術領域

本發明屬于木質纖維素酶解技術領域，具體涉及一種聚合物改性β-葡萄糖苷酶及其制備與在強化木質纖維素酶解和酶回收中的應用。

背景技術

目前能源危機和環境問題突出，為了解決這一系列問題，利用可再生的木質纖維素資源生產纖維素乙醇的相關技術發展備受關注。在纖維素乙醇的生產過程中，木質纖維素的酶解具有安全、清潔及反應專一性強等優點，被認為是極具發展潛力的降解纖維素的方法。然而由于木質纖維素中的木質素包附于纖維素表面，使得纖維素的可及性較低，限制了酶解效率的提高。且纖維素酶容易通過較強的靜電、疏水作用力在木質素上形成“無效吸附”，難以高效酶解纖維素，同時增加了回收利用難度，限制了其工業化發展。

纖維素酶是多組分酶，由于酶各組分的結構和酶解底物的差異，木質素的吸附對不同酶組分催化活性的影響不同，其中，木質素的吸附會顯著抑制內切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶的催化活性(Bioresource?Technology,2018.267:110-116.)。而對于β-葡萄糖苷酶，由于其結構上不存在結合域，且其酶解底物纖維二糖是水溶性的，因此木質素的吸附對β-葡萄糖苷酶的催化活性和傳質阻力影響較小。目前普遍認為纖維素酶和木質素間主要存在疏水作用、靜電作用和氫鍵作用。因此可以考慮對β-葡萄糖苷酶進行理性改造，使β-葡萄糖苷酶優先吸附在木質素上以提高纖維素酶的整體酶解效率。

為了讓纖維素酶高效利用且方便回收，具有環境響應(如溫度、pH)的智能高分子成為研究熱點。一些非離子聚合物如聚異丙基丙烯酰胺具有靈敏的溫度響應性質，將纖維素酶與這些非離子聚合物采用共價鍵結合在一起，可以使改性后的酶具有高溫析出和低溫溶解的性質。通過甲基丙烯酰胺與N-異丙基丙烯酰胺或N-異丙基甲基丙烯酰胺的共聚合成了兩類具有最低臨界溶解溫度(LCST)的共聚物，其LCST在20.9～60.5℃范圍內，將內切葡聚糖酶通過5-磷酸吡哆醛轉氨以產生含酮蛋白質，然后將轉氨后的酶與含有酰胺鍵的聚合物共聚合成生物綴合物，在兩次再循環后內切葡聚糖酶保持了60％以上的活性，并且與單獨且未修飾的酶相比可以產生更多的可溶性糖(Journal?of?the?American?ChemicalSociety,2013,135:293-300.)。通過N-異丙基甲基丙烯酰胺與丙烯酸甲酯和N-(羥甲基)丙烯酰胺聚合而成的熱響應聚合物與纖維素酶形成生物綴合物。調節聚合物(PNMN)的LCST為51.6℃，此時回收率為98.5％，通過1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺將PNMN接枝到纖維素酶表面，聚合物-纖維素酶在重復5次水解反應循環后依然保持了其初始活性的85.2％(Journal?of?Molecular?Catalysis?B:Enzymatic,2016,128:39-45.)。但高溫回收酶容易使纖維素酶失活，且能耗較高，不利于成本的降低。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種聚合物改性β-葡萄糖苷酶的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述方法制得的一種聚合物改性β-葡萄糖苷酶。

本發明的再一目的在于提供上述一種聚合物改性β-葡萄糖苷酶在木質纖維素酶解中的應用。