[发明专利]高产耐热型中性植酸酶的菌株及其发酵培养基和产酶方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物领域，特别涉及一种高产耐热型中性植酸酶的菌株及其发酵培养基和生产耐热型中性植酸酶的方法。

背景技术

植酸是一类六磷酸肌醇物质，化学名称是环己6醇-1，2，3，4，5，6-六磷酸二氢酯，是一种淡黄色粘稠状液体，广泛存在于谷物，豆科植物和油料作物中，是磷元素的主要贮存形式。植酸具有极强的螯合能力，表现出很强的抗营养作用，可与多种金属离子如Zn²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Co²⁺等螯合成相应的不溶性络合物，从而影响动物对矿物元素的消化吸收；植酸能与蛋白质、氨基酸、维生素等螯合，使其溶解性降低，影响动物对这些营养物质的消化吸收；植酸还能与动物消化道内胃蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶等结合降低其活性，从而影响动物对蛋白质、碳水化合物的消化吸收。大多数植物性饲料中60％-80％的磷是以植酸磷的形式存在的，而单胃动物（猪、家禽和鱼等）缺乏内源型的植酸酶系统，因此不能有效代谢以谷物、豆科植物和油料作物为主要成分的饲料中富含的植酸及植酸盐，其磷利用率仅为0~40%，未被动物体利用的大量植酸磷大部分排出体外，一方面造成磷的巨大浪费，另一方面排出体外的磷进入土壤和水中，造成水产养殖中排放磷对环境的污染。而为了满足动物生长过程中的营养需要，必须在饲料中添加无机磷及其他矿物盐，这不仅造成大量资源浪费和饲料成本的提高，还对环境产生了极大的污染。而我国磷资源比较匮乏，价格昂贵，如何解决好饲料中大量的植酸磷不能被单胃动物利用而又不得不添加无机磷从而增加饲料成本这个矛盾，人们把目光转向了生物酶—植酸酶降解法。

植酸酶(phytase)即肌醇六磷酸水解酶，是一类能催化植酸及植酸盐水解成低磷酸化的肌醇衍生物和磷（或磷酸盐）的酶的总称，被誉为绿色饲料添加剂，广泛存在于植物、动物和微生物中，其中微生物来源的植酸酶是近年来研究的热点。在饲料中添加植酸酶，改良磷酸盐的生物利用度， 消除植酸的抗营养作用; 减少磷在环境中的排泄， 由此降低了农业生态的负担， 并减缓了水生环境的富营养化; 同时也减少了动物饲料中无机磷的添加， 后者是一种不可再生的资源。此外， 在食品中应用植酸酶可以改善铁和锌的吸收， 这对于发展中国家的人群营养具有显著的意义。目前，植酸酶作为单胃动物饲料添加剂，其饲喂效果已在世界范围内得到广泛确证。

但植酸酶在实际应用中也存在着很多的不足，首先便是植酸酶的生产成本和价格居高不下，影响了实际推广。我国植酸酶产品的酶活仅为500 U/g。产品酶活大幅度提高，必将大幅度降低植酸酶的成本，在当前畜禽养殖场排泄物含磷量尚未出台有关法规加以限制的情况下，只有进一步降低植酸酶的成本和价格，而且显著低于磷源的价格，植酸酶才能在我国得到大规模的推广和应用。其次是植酸酶的耐热性普遍较低，没有较好的耐热性，就无法抵御在饲料高温制粒时引起的酶失活，又进一步提高了其成本。我国每年通过动物粪便排入自然界的磷资源的量尤为可观，这不仅造成了巨大的磷资源的浪费，而且还导致了严重水体环境污染。如何切实有效的消减由于饲料吸收而流失的磷资源，使之变废为宝，消除其对环境的污染，成为目前急需解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高产耐热型中性植酸酶的菌株，菌株的分类命名为：芽孢杆菌Bacillus nealsonii，其保藏编号为CGMCC No.5396。保藏日期为2011年10月28日，保藏单位是中国微生物菌株保藏管理委员会普通微生物中心。

由该菌株生产的植物酶分子量为43kDa，反应的最适温度为55℃，最适pH值为7.5，该酶对高温的耐热性较好，在80℃温浴下，30min后还保留41%的活性，而在90℃条件下，10min后还保留73%的活性，30min后保留21%的活性。对碱具有较好的耐受性，不耐酸，大部分金属离子对该植酸酶的活性都有不同程度的抑制作用，且随着其浓度的上升而加强其抑制作用，而Ca²⁺ 对该酶无抑制作用，反而有轻微的促进作用。具有很强的底物特异性。该酶在耐热性要高于目前已分离得到的同类植酸酶，具有很好的商业化应用价值。

本发明采用现在生物化工技术，从土壤中分离和筛选了一株安全的、能够高产耐热型中性植酸酶的芽孢杆菌菌株Bacillus nealsonii，对该菌株的产酶过程进行了优化，并对其产酶特性进行了评价。本发明对于解决饲料中大量的植酸磷不能被单胃动物利用而又不得不添加无机磷从而增加饲料成本这一问题具有重要意义。