[发明专利]发酵法木聚糖酶的一种制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高产木聚糖酶菌株的诱变选育及利用该菌株发酵制备高活性木聚糖酶的方法，属于生物技术领域。

背景技术

国外对木聚糖酶的研究较早，应用与生产技术已逐渐趋向成熟，细菌、真菌和放线菌木聚糖酶都得到了广泛而深入的关注和研究，并且在1992年就已实现了木聚糖酶的工业化生产。目前，国外对木聚糖酶的研究已达到了分子水平，研究工作主要集中在对微生物木聚糖酶的诱导与调节机理研究，以及酶的提纯、鉴定方法、木聚糖酶基因分子的克隆和表达等。自上世纪七十年代末开展木聚糖酶基因的研究工作以来，已有150多种来自真菌和细菌的木聚糖酶基因被克隆并在大肠杆菌中表达。

我国在木聚糖酶方面的研究起步较晚，但发展迅速。目前，我国对木聚糖酶的研究大多停留在产酶菌株的筛选和驯化、木聚糖酶的纯化和理化性质研究方面，部分课题已涉及木聚糖酶的分子生物学研究、木聚糖酶基因克隆、表达和重组。不同菌株产木聚糖酶的能力存在差异，对木聚糖酶分离提纯工艺开展深入细致的研究，为我国木聚糖酶制剂生成提供新的酶源。上世纪八十年代初期，中国科学院微生物所在张树政院士的带领下，开始了我国对木聚糖酶的早期研究工作，首次从海枣曲酶(Aspergillus phoenicis)中纯化得到了四种木聚糖酶：酶I、酶II、酶III和酶IV，并深入研究了活力较高的组分酶III的酶学性质。山东大学微生物系国家重点实验室研究获得产酸性木聚糖酶的菌株黑曲霉An-76和产碱性木聚糖酶的菌株嗜碱细菌Cb-2，摇床试验产木聚糖酶分别为350u/mL和300u/mL。无锡江南大学早在2000年就已报道：经UV和NTG方法诱变筛选出一株假单细胞菌，命名为WLUN024，发酵初始PH6.5-8.5，发酵最适温度37℃。

木聚糖酶的纯化技术与纯度是决定其生产成本及市场竞争力的重要因素。在传统工艺中，微生物产木聚糖酶大部分是通过色谱法得到纯化。虽然色谱法具有较高的分辨率，但多步纯化耗时、回收率低，不适合高纯度木聚糖酶的产业化生产。目前，研究者在研究基于双水相纯化技术(Aqueous Two-Phase System，ATPS)的衍生技术、三相分离体系(Three-phase partitioning，TPP)和扩张床吸附技术(Expanded bed adsorption，EBD)。Aparna等通过TPP纯化Aspergillus niger木聚糖酶，活性回收率达60％，纯化倍数达95倍。Roy等先将Aspergillus niger木聚糖酶用8M尿素/100mM二硫苏糖醇变性，再进行TPP纯化，木聚糖酶达到了93％的活性回收率和21倍纯化，且实现了该酶变性后的复性。Santos等尝试用扩张床吸附技术纯化木聚糖酶，虽然最大只有21.8％的活性回收率和30倍纯化，但该技术有经济、省时、木聚糖酶发酵液不需沉淀澄清等优点。

随着基因突变技术和蛋白质高级结构研究技术的进展，大量性质各异的木聚糖酶，尤其是在极端微生物中获得的具有极端性质的木聚糖酶，有望使木聚糖酶的结构与功能研究取得突破性进展。可以预期，在微生物学、生物化学、细胞生物学、分子生物学、动物营养学等学科的协作下，不久的将来，性能更加优良，技术更加成熟，使用更加有效，效益更加明显的木聚糖酶将在饲料、食品、造纸、纺织、医药及能源等领域发挥更大的作用。

目前，木聚糖酶的工业化生产与广泛应用还受到制约，如应用在纸浆漂白过程中的木聚糖酶需要具有耐高温、耐碱以及分子量低的特性，但绝大多数微生物的木聚糖酶为中低温或偏酸性，在工业应用上收到了很大限制。当前构建木聚糖酶基因工程高产菌至今尚未取得突破性进展，因此，采用传统的物理或化学方法进行诱变育种以及寻找合适的发酵工艺条件，仍然是发酵法生产木聚糖酶和改变其性质应用于工业化生产的重要手段之一。

本发明采用现代诱变育种方法，在短时间内筛选出一株产木聚糖酶酶量高且性能稳定的高产菌株，研究该高产菌株生产木聚糖酶的发酵工艺和分离纯化工艺，为进一步开发和利用木聚糖酶提供科学依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种由微生物菌种发酵液产生、分离纯化制备高酶活木聚糖酶的新工艺。

本发明所述的木聚糖酶的制备方法由如下步骤组成：

1、高产菌株的选育