[发明专利]具有改善的热稳定性和对阿拉伯木聚糖增加的酶活性的新木聚糖酶

说明书

本发明涉及具有木聚糖酶活性的新型多肽，尤其是木聚糖酶变体，诸如遗传工程化木聚糖酶变体，其显示出改善的热稳定性，改善的耐酸处理性和对阿拉伯木聚糖增加的酶活性。本发明包括所述多肽在应用(诸如食品或饲料，用于酿造或麦芽制造，用于处理含木聚糖的原料如谷物基材料，例如用于生产生物燃料或其他发酵产物，包括生物化学品，和/或用于小麦面筋‑淀粉分离工业)中的用途，和使用这些多肽的方法，以及包含所述多肽的组合物(诸如饲料添加剂组合物)。

技术领域

本发明涉及具有木聚糖酶活性的新型多肽，尤其是木聚糖酶变体，诸如遗传工程化木聚糖酶变体，其显示出改善的热稳定性，改善的耐酸处理性和对阿拉伯木聚糖增加的酶活性。本发明包括所述多肽在应用(诸如食品或饲料，用于酿造或麦芽制造(malting)，用于处理含木聚糖的原料如谷物基材料，例如用于生产生物燃料或其他发酵产物，包括生物化学品，和/或用于小麦面筋-淀粉分离工业)中的用途，和使用这些多肽的方法，以及包含所述多肽的组合物(诸如饲料添加剂组合物)。

背景技术

以下称为木聚糖酶的内切-β-1,4-木聚糖酶或4-β-D-木聚糖木聚糖水解酶(EC3.2.1.8)是通过将(1-4)-β-D木糖苷键(线性多糖β-1,4-木聚糖)内切水解为较短低聚物而降解的一类酶的命名。这样的酶因此分解半纤维素(植物细胞壁的主要成分之一)，并因此降低生物质的粘度，从而改变其在生物技术应用中的技术物理性质。木聚糖酶已经在各种工业应用(诸如在食品或饲料的生产中，在酿造或麦芽制造中，在处理含阿拉伯木聚糖的原料如谷物基材料中，例如在生产生物燃料或其他发酵产物，包括生物化学品(例如生物基异戊二烯)，和/或在小麦面筋淀粉分离工业中)中，以及在使用这些木聚糖酶的方法中以及包含所述木聚糖酶的组合物(例如饲料添加剂组合物)中使用了多年。

所有这些应用中的共同特征是酶必须应对的挑战性条件。例如，高温降低了目前可获得的木聚糖酶在工业条件下的有效利用。在动物饲料应用中，合适的木聚糖酶可以增加动物饲料中生物质的可消化(＝可利用)部分。用于动物饲料的生物质(诸如玉米、小麦和DDGS)包含两个部分的阿拉伯木聚糖，即水不可提取的阿拉伯木聚糖(WU-AX)和水可提取的阿拉伯木聚糖(WE-AX)。有用的木聚糖酶不仅仅必须具有降解细胞壁中存在的WU-AX的能力；因此它们增加了被包封的营养物的释放。另外，它们还必须具有降低由可溶部分引起的粘度的能力。除了高生物功效之外，有用的木聚糖酶还需要良好的产物性质，诸如在低pH值的稳定性和对抗热处理的稳定性。

饲料中使用的酶的另一个理想性质是胃蛋白酶耐性。胃蛋白酶是动物在消化系统的第一部分分泌的消化蛋白酶。胃蛋白酶使蛋白质降解。该蛋白酶消化使蛋白质可用作动物必需营养物的来源。外源酶(即添加到饲料中的酶)也是蛋白质，并且如果它们对胃蛋白酶降解是敏感的，则它们将被降解。与大多数酶的情况一样，这将破坏所需的酶活性。因此，只有如果木聚糖酶对胃蛋白酶降解有抗性，则用于动物饲料应用的木聚糖酶才是有用的。

为了用作饲料添加剂，对高温的稳定性是木聚糖酶的另一个重要特征。熟知的是，造粒(pelleting)增加了淀粉部分的可消化性(Carre等人，1987)。除了一些营养物的更高的生物利用度之外，因为减少了粉尘，还存在更少的饲料浪费，更均匀的营养和改善的饲料处理。在食品安全方面，造粒也变得更重要。大多数微生物在高湿度条件下对热敏感。因此，饲料工业越来越多地使用蒸汽造粒以降低饲料的微生物负荷。在饲料造粒过程期间的相对短的时间，施加热(例如在约80℃持续30秒，WO2008063309)。适当的木聚糖酶必须耐受该高温而不显示变性。然而，在较低温度(例如37℃)需要实际的酶催化活性。因此，酶在高温不应不可逆地失活，而必须在较低温度具有活性。

除了动物营养之外，其它重要的工业应用是纸浆漂白、纺织纤维的改性(Prade，1996)，以及谷物或木质纤维素转化为溶剂和生物化学品如乙醇。所有这些应用中的共同特征是酶必须应对的挑战性条件。高温和与许多木聚糖酶的最佳pH基本不同的pH降低了目前可获得的木聚糖酶在工业应用中的有效利用。