[发明专利]与具有木聚糖酶与纤维素酶活性的双活性酶有关的组合物和方法

说明书

电子提交的序列表参考

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优先权声明

本申请在35U.S.C.§119(e)下要求于2010年1月25日提交的美国临时申请号61/298,020的权益，其全部内容通过引用结合在此。

发明领域

本发明总体上涉及使用具有木聚糖酶与纤维素酶活性的酶类加工木质纤维素材料的方法。

发明背景

半纤维素是一类植物衍生的杂多糖，它们与纤维素以及木素有关联。最普通的半纤维素是木聚糖、葡糖醛酸木聚糖、阿拉伯木聚糖、葡甘露聚糖以及木葡聚糖。

木聚糖酶催化了木聚糖（一种木糖杂聚物）的1,4-β主链的内切水解。木聚糖酶是由以下生物体自然产生的，比如藻类、细菌、真菌、腹足类与原生动物，它们可以利用木糖作为一种碳源用于细胞新陈代谢。参见，Prade(1995)《生物工业遗传工程综述》（Biotech.Genet.Eng.Rev.）13:100-131。

木聚糖酶在饲料、食品/饮料或工业产业方面的商业应用（例如，生物质应用）多样。在饲料产业中，木聚糖酶在单胃与反刍动物饲料中用来增加消化不良的饲料（例如大麦、青贮饲料以及小麦）的消化率与营养价值。在食品/饮料产业中，木聚糖酶在水果与蔬菜加工中用来加工制造蜜、泥以及汁；在酿造和酿酒中用来水解谷物中的粘液物质用于发酵；并且在烘焙中用来改进生面团的品质（例如，弹性以及强度）。在工业产业中，木聚糖酶在造纸中用来减少在木纸浆的漂白过程中的氯消耗与毒物排放；在纺织品加工中用来减少或替代化学沤麻；并且在生物除污/生物转化中用来处理/再循环废弃物并且加工生物燃料与精细化工产品。

在这些应用的许多中，木聚糖酶是与多种其他的木质纤维素酶结合使用，比如纤维素酶、半纤维素酶、木质酶、果胶酶以及蛋白酶。木质纤维素酶因此在饲料、食品/饮料与工业行业具有重要的潜在应用。本发明通过提供用于有效地加工木质纤维素材料所需要的新的组合物与方法克服了本领域内的先前的缺点。

发明概述

提供了多种用于加工木质纤维素材料的组合物以及方法。这些组合物包括至少一种双活性酶，其中该酶具有木聚糖酶与纤维素酶活性并且其中该酶在高温与高pH下具有活性。双活性酶包括耐热的与嗜碱的木聚糖酶，特别是家族10木聚糖酶。这些双活性酶显示出木聚糖酶活性与纤维素酶的活性。由于这些酶的嗜碱性质，它们可以在高pH下（典型地，pH 8.5或更高）制备为组合物或配制品。此外，这些酶在高温下保有活性。这些组合物还可以包括其他的用于加工木质纤维素的酶类，比如纤维素酶、半纤维素酶、木质酶、果胶酶以及蛋白酶。

本发明的这些双活性酶可以用以转化感兴趣的生物体。此种生物体包括细菌、真菌以及植物。因此，例如，披露了已经被改性为表达本发明的这些双活性酶中的至少一种的植物、植物部分以及植物细胞。

本发明的这些方法包括在此描述的这些双活性酶和/或这些组合物用于水解不同的饲料、食品/饮料以及工业应用中的木质纤维素材料中的木聚糖以及纤维素的用途。这些双活性酶对于将木质纤维素材料进行生物转化为简单多糖或甚至单糖而言是有用的。这些单糖或多糖可以用于例如，饲料或食品/饮料的生产，比如基于谷类的动物饲料、麦芽汁或啤酒、奶或奶产品、水果或蔬菜产品；精细化工产品的生产，比如丁醇、乙醇、甲醇和/或丙醇；或燃料的生产，包括生物燃料，比如生物乙醇、生物醚、生物柴油以及合成气。这些双活性酶在木质纤维素材料的生物转化中是有用的，因为它们是热稳定性的并且可以在高pH下使用。

本发明的另外的方面提供了多种方法，其中该双活性酶是以一种经过用该双活性酶转化并且表达该双活性酶的植物、植物部分或植物细胞的形式提供。