[发明专利]一种高产木聚糖酶的黑曲霉及其应用

说明书

技术领域：

本发明属于微生物发酵及其酶工程化应用领域，具体涉及一种高产木聚糖酶的黑曲霉（Aspergillus niger）SM751及所产的木聚糖酶，以及该木聚糖酶在木质纤维素水解液中酶解半纤维素的应用。

背景技术：

全球每年的半纤维素产量为6×10¹⁰吨，是仅次于纤维素的重要可再生碳资源库，可广泛的用来制造生物燃料和诸多的生化精炼品。在富含半纤维素原料的植物原料加工过程中，添加木聚糖酶可显著加速反应进程，促进其它酶如纤维素酶、果胶酶和甘露聚糖酶等酶的酶解效果，显著改善产品的使用特性。因此，木聚糖酶被广泛地应用到纸浆造纸、食品、饲料和纺织等传统领域和木质纤维素乙醇领域。

木聚糖酶在木质纤维素酶解领域具有重要的应用价值。有学者认为，通过添加木聚糖酶等酶的混合纤维素酶才是降低木质纤维素领域用酶成本和提高酶解效率的决定性因素。Varnai A（2011）的研究结果表明，针对来源于软木、硬木和农作物的木质纤维素，木聚糖酶作为纤维素酶的副酶可以显著地降低纤维素酶的用酶成本、提高纤维素酶的酶解效率。其可能的机理是通过消除木聚糖的阻塞作用或者降解木寡糖对于纤维素酶吸附的阻碍以促进纤维素酶的酶解。Alvira（2011）的研究结果表明，木聚糖酶与纤维素酶的协作程度可以达到29.9%，并且能够增加10%的水解糖。甚至有学者Hu J（2011）认为，可以利用木聚糖酶来部分的代替纤维素酶。

木聚糖酶在木质纤维素原料生产纤维乙醇工艺中具有重要的使用价值。不过，并不是所有的木聚糖酶都可以适用于预处理之后的木质纤维素。预处理之后的木质纤维素，其预处理液中往往含有或多或少的发酵抑制物。发酵抑制物有乙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛、香草醛、阿魏酸等。国内外数千篇的木聚糖酶研究报告中，仅有少数几篇研究牵涉到发酵抑制物对于木聚糖酶的影响。de Souza Moreira（2013）的研究表明，香草醛和阿魏酸对于来源于土曲霉的木聚糖酶具有一定的抑制作用或者激活作用，但该研究中所用的土曲霉所产的木聚糖酶酶活极低。而关于糠醛、乙酸以5-羟甲基糠醛对于木质纤维素预处理后的木聚糖酶酶解作用的影响尚未见报道。此外，酵母发酵过程所产生中的乙醇也会对木聚糖酶的酶解作用产生抑制作用。

当前关于预处理后发酵抑制物对木聚糖酶酶解性能的影响研究报导极其少见。

发明内容：

本发明的第一个目的是提供一种高产木聚糖酶的黑曲霉（Aspergillus niger）SM751，该菌于2013年12月31日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏编号为：CGMCC No.8670。

本发明的黑曲霉（Aspergillus niger）SM751是从广西省木论保护区中的枯枝烂叶、土壤等材料中筛选培养出来。其真菌分类学表明：该菌菌丝体起初呈白色，约36-48h后菌落颜色逐渐变成灰黑色，最终在48h可产旺盛、浓密的黑色孢子。常规方法提取真菌的18s rDNA，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，经18s rDNA序列分析表明，其属于黑曲霉（Aspergillus niger），将其命名为黑曲霉（Aspergillus niger）SM751，该菌于2013年12月31日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏编号为：CGMCC No.8670。

利用木聚糖（Beech wood，SIGMA）测定木聚糖酶酶活，发现黑曲霉（Aspergillus niger）SM751能高产木聚糖酶，该酶的固体发酵酶活最高可达10446IU/g，最适反应pH值为5.0，在pH3.0～6.0之间，酶活残留率高达93-99.8%。在pH6.5时酶活为最佳pH酶活的78%。因此，该酶在pH3.0～6.0之间具有很强的pH稳定性。最适反应温度为45℃；37℃、50℃与55℃时的酶活残留率分别为80.41%、98.96%与79.01%。

因此，本发明的第二个目的是提供一种木聚糖酶，其特征在于，以黑曲霉（Aspergillus niger）SM751为发酵菌株，经发酵而制得。

本发明的第三个目的是提供黑曲霉（Aspergillus niger）SM751在生产木聚糖酶上的应用。