[发明专利]α-淀粉酶的截断体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体是一种α-淀粉酶的截断体及其应用。 

背景技术

淀粉是由D-葡萄糖单体组成的同聚物，为植物中糖类的主要贮存形式。作为最为丰富和重要的生物质资源之一，淀粉除用于食品外，在工业上被广泛地应用于纺织、造纸、制药等领域，特别被用作发酵工业的碳源生产燃料乙醇、淀粉酶糖类等。淀粉质生物质资源开发利用的关键，在于将其降解成诸如葡萄糖、麦芽糖等可发酵性糖类，其可被用于微生物发酵生成包括有机醇、氨基酸等高附加值化工产品，包括生物乙醇、生物丁醇等在内的生物质能源、以及包括L乳酸等在内的生物基材料等。 

α-淀粉酶是一类随机作用于淀粉、糖原及相关的聚糖和寡糖中D葡萄糖单元间的α-1，4糖苷键，生成α-构型的还原糖的酶类(Fischer E H，Stein E A.The Enzymes[M].New York：Academic Press，1960.313-343.Schwimmer S，Balls A K.Isolation and Properties of Crystalline Alpha-Amylase from Germinated Barley[J]J Biol Chem.1949，179(3)：1063-74)。α-淀粉酶属于糖苷水解酶类，在碳水化合物活性酶数据库(Carbohydrate Active enZyme database，CAZy数据库)(http://www.cazy.org/)中，α-淀粉酶分布在CAZy中糖苷水解酶家族(Glycoside Hydrolase，GH)GH-13、GH57和GH119三个亚家族中(Withers S，Williams S.2012.″Glycoside Hydrolases″in Cazypedia.)。总体而言，α-淀粉酶的来源宿主囊括了从动物、植物、真菌、病毒、古菌等在内所有原核、真核和古菌三界内的生物，然而，每种α-淀粉酶应用的性能、经济性和可行性受到，包括特异性、稳定性、最适温度和pH性能(Gupta R，Gigras P，Mohapatra H，et al.Microbial Alpha-Amylases：A Biotechnological Perspective[J]Process Biochemistry.2003，38(11)：1599-1616.)在内的重要的酶学性质的影响。作为自然界长期进化的结果，这些天然的α-淀粉酶往往不能满足淀粉工业所需求的诸如高温、极端pH、不依赖钙离子、抗金属螯合性、高催化活性的条件。 

目前，淀粉工业中将淀粉质原料降解为葡萄糖等发酵性糖源的过程，主要包括调浆、糊化、液化和糖化过程。以诺维信公司提供的适用于淀粉质原料燃料乙醇生产标准工艺为例，其包括如下几部分(图4-1)：1)调浆工艺，在室温下调整淀粉乳浓度为30-40％底物干重，通常玉米淀粉、木薯淀粉等的天然pH值为4.5左右；2)糊化工艺，105℃-110℃维持5min； 3)液化工艺，加入耐高温α淀粉酶如Liquozyme等在98℃和pH 5.3-pH 5.7条件下液化处理1-2h，待糖度达到DE值为12-18；4)糖化工艺，调整液化醪pH值为4.1-4.5、温度为60℃，加入Dextrozyme GA等糖化酶，糖化处理40-70h，糖化值DE为97-98％为止。以上工艺的设计建立在耐高温α淀粉酶Liquozyme和糖化酶Dextrozyme GA的运用基础之上，Liquozyme最适pH为pH 5.5-pH 6.0，可以耐受110℃高温，但是酶活与稳定性必须钙离子(不少于5ppm)的添加，而Dextrozyme GA的最适pH为pH 4.5左右，最适温度60℃，这种前后工序的pH值和温度的不一致，就造成了pH调整和温度的调整，增加了因化学试剂和“过度”的能耗带来的成本。通常，淀粉质原料的糊化温度在70℃左右即可，例如玉米糊化温度为玉米淀粉糊化温度68-72℃，木薯淀粉该在60-80℃间。因此，开发出新的操作温度在70℃左右、耐受pH 4.5、并且不添加钙离子的液化工艺，就可以实现糊化、液化和糖化的同步发酵，省却pH调整、钙离子添加、减少升温和制冷带来的能耗问题。