[发明专利]用于催化木质纤维素糖化的全菌酶制剂

说明书

针对现有技术中纤维小体在木质纤维素糖化中所存在的问题，本发明提供了用于催化木质纤维素糖化的全菌酶制剂。用于催化木质纤维素糖化的全菌酶制剂，所述全菌酶制剂是通过非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分相互作用，将非纤维小体蛋白结合在纤维小体复合体中，获得的纤维小体改造后的菌株；然后采用该菌株来糖化，即糖化过程有细菌细胞的参与。本发明所述的全菌酶制剂，不但实现了其稳定性和活性的维持，而且大大提升了其与体系中其他酶的协同作用，从而降低了酶的消耗量，降低了生产成本和工艺的繁琐性。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种酶制剂，具体涉及一种用于催化木质纤维素糖化的全菌酶制剂。

背景技术

木质纤维素是一类供应丰富且环境友好的可再生物质，是唯一可大规模再生且全面替代化石能源的资源，大力发展木质纤维素原料在能源等领域的利用，是加快发展循环经济，保障国家能源安全和碳减排的一项重要战略任务。然而，木质纤维素转化的最大瓶颈莫过于纤维素结晶区难降解、导致酶解效率低，成本高。因此，要实现木质纤维素的高效利用，就必须首先实现该不溶性复杂底物的高效水解糖化。目前，木质纤维素糖化主要是通过依赖于真菌游离酶纤维素降解酶系的工艺来实现。这些工艺中酶的成本占木质纤维素生物转化过程总成本的50％左右，且经过几十年的努力仍不能有效降低其用酶成本。此外，木质纤维素的水解效率也是重要的限制因素。因此，需要转换思路，开发不同于游离纤维素酶系的新型酶制剂实现木质纤维素的高效利用。

已知纤维小体是热纤梭菌等厌氧细菌生产的一种具有复杂结构和组分的多酶复合体，是自然界中已知的最高效的纤维素降解体系之一。纤维小体包括脚架蛋白等非催化单元以及具有不同催化活性的酶单元，并通过多级脚架蛋白和不同纤维小体酶类具有的多类型组装模块间特异性的非共价相互作用，将不同的功能组分组装成为分子量超过兆道尔顿的超分子多酶复合体。纤维小体组分和结构还具有时空调控特性，以适应木质纤维素的复杂成分，从而保证了其高效降解活力。此外，纤维小体还通过脚架蛋白或纤维素酶上所具有的纤维素结合模块和挂壁模块与底物及细胞组成三元复合体，纤维小体和细胞间的协同作用可以进一步提高了木质纤维素的糖化效率(专利文件EP2013355)。

尽管纤维小体及其生产菌株在木质纤维素糖化应用中具有巨大潜力，但其工业化应用仍受到多种因素的限制。例如，纤维二糖对纤维小体酶有严重的反馈抑制作用。针对这一问题，前人主要通过向水解体系里额外添加β-1,4-葡萄糖苷酶等非纤维小体蛋白来提高纤维小体的活力和对底物的适应力。然而，由于外源添加的蛋白的活性及稳定性会随着糖化过程的进行而降低，因此，酶的消耗需要提高酶添加量或添加次数。此外，这些非纤维小体蛋白作为游离酶添加到糖化体系中，不能与纤维小体相互作用，会显著降低与体系中其他酶的协同作用，不可避免造成大于需求量的酶的额外添加，导致酶制剂成本的居高不下。不仅如此，这种依赖于外源添加游离酶的糖化策略，工艺复杂，对设备要求高，转化效率还不能满足工业化生产要求。