[发明专利]生物漂白用木聚糖酶

说明书

本发明涉及一种得自变铅青链霉菌（Streptomyces    lividans）的高比活性木聚糖酶，尤其是这些酶在木质纤维材料方面的应用。

植物细胞壁的内聚现象首先是由于其主要成分的存在;结晶聚合物、纤维素和三维大分子、木质素一起构成一种木质纤维材料。该木质纤维材料嵌在果胶和各种性质的半纤维多糖的基质中。

通常认为这些不同的聚合物之间存在的各种关系是由不同化学性质的键确定的。例如，木质素块是通过半纤维素链结合的。半纤维素（木质纤维材料的另一主要成分）大多由4-0-甲基葡糖醛酸木聚糖组成，它包括D-木糖的β-1，4-连接聚合物，本文称作木聚糖。通常，硬木纸浆的木聚糖含量较软木纸浆高。该木聚糖可通过内-木聚糖酶、β-1，4-D-木聚糖的木聚糖水解酶（指EC3.2.1.8）酶催化水解成木糖。

以前已证实木质纤维材料中所含的木聚糖可通过使用内-木聚糖酶而部分或全部分解，这为生产纸浆的物理和/或化学方法均能提供有吸引力的选择方案，它能改善纸浆性质，例如，改善漂白率或提高白度。用木聚糖酶改善纸浆性能，尤其是提高白度，称为“生物漂白”。

现已表明用木聚糖酶处理纸浆，尤其是化学纸浆具有生物漂白作用，它能提高经处理纸浆的白度和粘度，同时能减少后续漂白步骤中氯和其它漂白剂的消耗。因此，与不用内-木聚糖酶处理的普通纸浆漂白工艺相比，已证明用木聚糖酶处理能改善纸浆性能，并能减少漂白过程的环境影响。

而且，也已证明通过半纤维素裂解而致使木质素释放对于防止某些纸浆性能如粘度降低是有特效的，其原因是由于纤维素酶，通常最好是基本上游离纤维素酶木聚糖酶混合物而使纤维素水解。

各种生产木聚糖酶的方法在生物漂白工业中是公知的。然而，优选的方法是使用如链霉菌（Streptomyces）属的重组微生物，它能进行培养以用于生产游离纤维素酶、内-木聚糖酶。

尽管生物漂白具有许多优点，但目前未能在工业上实施，因为酶处理的成本很高。通常，这种高处理成本是由于目前所能得到的内-木聚糖酶的活性低造成的。

酶是生物反应中能起催化剂作用的蛋白质。说明酶催化活性的一种简单方法是用以IU/mg表示的其比活性，即每单位酶用量所生成的产品量。术语IU（国际单位）指在确定PH和温度条件下，每分钟催化转化1质量单位底物酶的量。

至今，文献中描述的木聚糖酶具有的比活性范围为已纯化酶的8-3500IU/mg。在此活性范围内，达到所要效果需用的酶量，其价格是相当高的。

意想不到的是，现在我们已发现并纯化得到一种内-木聚糖酶，它得自链霉菌（Streptomyces）属。更确切地说，它得自变铅青链霉菌种，该菌种具有比以前已知的内-木聚糖酶高得多的比活性。

尤其是，本发明的内-木聚糖酶能使用于生物漂白过程的木聚糖酶用量大大减少。

因此，最好能提供一种内-木聚糖酶，其比活性高于以前公知的内-木聚糖酶。而且，还希望能提供一种链霉菌属重组微生物，它能进行培养以生产游离纤维素酶、高活性内-木聚糖酶。还进一步希望提供一种用高比活性内-木聚糖酶处理木质纤维材料，尤其是化学纸浆的方法。

因此，本发明提供的一种高活性内-木聚糖酶自然由链霉菌属菌株得到，或由将杂交质粒引入链霉菌属的寄主微生物突变菌株而产生的重组微生物而得到，所述杂交质粒是通过将一种新木聚糖酶基因（以xln    C表示）插入载体质粒而构建的，这种新木聚糖酶基因得自链霉菌属含木聚糖酶基因的微生物。

最好该载体质粒从链霉菌属的微生物中得到。用于本发明的优选链霉菌种是变铅青链霉菌。

高活性内-木聚糖酶的定义为：根据BioRad^TM的蛋白质测定方法，比活性大于已纯化蛋白质（5000IU/mg）的一种木聚糖酶。较好的是内-木聚糖酶的比活性大于20000，更好的是大于30000IU/mg，最好的是大于40000IU/mg。

虽然测得的木聚糖酶比活性会随所用特定测试方法而变化，但应该注意，如下所述，生物漂白所需的木聚糖酶用量低于以前的用量。

最好，该内-木聚糖酶是基本上游离的纤维素酶。术语“基本上游离的纤维素酶”意思是指那些体系，当酶与纤维素纸浆相接触时，其所含纤维素酶的量不足以使纤维素中存在的糖苷键发生不适宜的水解。

该内-木聚糖酶也最好是从寄主微生物中得到的，其中寄主微生物突变菌株的特征是具有负纤维素酶活性。负纤维素酶，当用于本文时其定义为能产生游离纤维素酶木聚糖酶的菌株，它基本上不含胞外纤维素酶。