[发明专利]含重组基因的酸性β-葡聚糖酶及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种含重组基因的酸性β-葡聚糖酶及其用途，属于微生物、酶工程技术领域。

背景技术

我国2009年啤酒产量达4236万吨，据世界第一。由于规模大，啤酒行业的节能减排对我国整体二氧化碳减排和环境保护具有重要意义。啤酒行业由于本身的特点是一个能耗较大的行业，因此啤酒生产节能减排技术具有特别重要的意义，而β-葡聚糖酶的应用对啤酒生产中糖化液过滤过程的节能减排具有很大作用。大麦胚乳细胞壁的主要成分为半纤维素和大麦胶(由β-葡聚糖组成，约占大麦的5～8％)。传统的麦汁制备工艺主要利用麦芽本身含有的β-葡聚糖酶来降解细胞壁，但是这种内源性β-葡聚糖酶活性低而且不稳定，利用传统工艺进行麦汁糖化时大量残留的β-葡聚糖会使麦汁粘度上升，增加糖化液及啤酒过滤过程中的能量消耗、降低原料利用率并增加啤酒厂的废物排放。近年来社会和企业对节能和减排日趋重视，一些啤酒厂开始利用外源添加β-葡聚糖酶的方式来改善麦汁的过滤性能，以达到节能减排的目标。生产实践证明，如在制麦过程中添加足够量的β-葡聚糖酶处理麦汁，糖化液过滤过程中的能量消耗和废物排放可以减少近一半。目前，β-葡聚糖酶的生产均采用微生物发酵法，菌种主要有绿色木霉、解淀粉芽孢杆菌和多粘芽孢杆菌。其中以绿色木霉为代表的真菌产生的β-葡聚糖酶耐酸性能比较好，但由于真菌基因表达调控比较复杂，因此产酶水平的提高有一定的困难，目前市场上真菌来源的β-葡聚糖酶的价格较高。芽孢杆菌来源的β-葡聚糖酶在耐酸性方面不如真菌来源的产品，但开发芽孢杆菌来源的β-葡聚糖酶基因资源具有重要的意义，一个重要原因是这一类基因易于在芽孢杆菌宿主菌中实现高效分泌表达。芽孢杆菌的多个种，如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等长期以来被用于酶制剂的生产，是一类被公认为食品安全的微生物，同时许多用于酶制剂生产的芽孢杆菌中控制酶基因表达的启动子和信号肽被成功用于外源基因分泌表达系统的构建，并已获得了多个有效的表达系统。由于芽孢杆菌是一种原核生物其基因调控相比于真菌来讲要简单得多，因此利用芽孢杆菌表达系统实现基因的高效分泌表达比较容易实现。在啤酒生产中β-葡聚糖酶主要应用于麦汁糖化过程，这一工艺中麦汁的pH值一般控制在4.5左右，而目前芽孢杆菌来源的β-葡聚糖酶的最适pH一般均接近中性，很难适应麦汁糖化工艺的要求，因此开发来源于芽孢杆菌的耐酸性β-葡聚糖酶具有重要的应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：利用基因重组技术从酸性β-葡聚糖酶产生菌基因组DNA中克隆β-葡聚糖酶编码基因并确认其功能，从而提供一种来源于芽孢杆菌的酸性β-葡聚糖酶编码基因，并且利用基因重组技术生产出含有该重组基因的酸性β-葡聚糖酶，使之用于啤酒生产过程中的麦汁糖化。

本发明的技术解决方案是，一种含重组基因的酸性β-葡聚糖酶，其特征在于：该酸性β-葡聚糖酶包含来源于芽孢杆菌的酸性β-葡聚糖酶编码基因，所述芽孢杆菌是芽孢杆菌属细菌Bacillus sp.013，所述酸性β-葡聚糖酶编码基因是bgl013，其核苷酸序列为序列表中的SEQ ID NO：1，所述酸性β-葡聚糖酶的氨基酸序列为序列表中的SEQ ID NO：2。

进一步地，上述酸性β-葡聚糖酶编码基因bgl013与克隆载体pMD18-TSimple组成的重组质粒pMD-bgl013的大肠杆菌转化子是JM109/pMD-bgl013。

上述含重组基因的酸性β-葡聚糖酶的用途是，在啤酒生产过程中用于麦汁的糖化，糖化时pH为4.5，温度为60℃。

本发明的有益效果是：利用本发明获得的酸性β-葡聚糖酶编码基因构建重组微生物，可实现酸性β-葡聚糖酶的高效率生产，该酸性β-葡聚糖酶可应用于啤酒生产的麦汁糖化工艺，有利于降低麦汁粘度并使麦汁澄清。

具体实施方式

本发明从自然界中筛选到一株具有β-葡聚糖降解能力的芽孢杆菌，其编号为Bacillus sp.013，利用基因工程技术从Bacillus sp.013基因组DNA中克隆出一条β-葡聚糖酶编码基因，命名为bgl013，其核苷酸序列为序列表中的SEQ IDNO：1，其编码的酸性β-葡聚糖酶原酶的氨基酸序列为序列表中的SEQ ID NO：2，基因bgl013与克隆载体pMD18-T Simple组成的重组质粒pMD-bgl013的大肠杆菌转化子，分类命名为JM109/pMD-bgl013。所述酸性β-葡聚糖酶已经经过功能鉴定证实，它在最适作用温度为60℃、最适作用pH为4.5环境下的性能，适合于麦汁糖化工艺的要求。