[发明专利]一种利用天然的枯草芽孢杆菌制备β-甘露聚糖酶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物生产酶的技术，尤其是涉及一种β-甘露聚糖酶的制备方法。

背景技术

甘露聚糖的来源丰富，在魔芋粉、瓜尔胶、槐豆胶等中都有不同种类的甘露聚糖存在。主链甘露聚糖降解酶包括β-甘露聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、β-甘露糖苷酶。其中，最重要的是β-甘露聚糖酶。β-甘露聚糖酶是一类能够水解含有β-1，4-D-甘露糖苷键的甘露寡糖、甘露多糖的内切水解酶，它属于半纤维素酶类，广泛存在于动物、植物和微生物中。其中，微生物是β-甘露聚糖酶的主要来源，具有活性高、来源稳定等优点。

随着近年来对自然界半纤维素资源的开发，β-甘露聚糖酶的研究和开发进入一个新高潮，已在食品、医药、造纸、纺织印染、石油开采以及生物研究技术等方面得到了广泛的应用。在石油开采领域，油田开采过程中，压裂效果的好坏直接影响油田开发水平和经济效益。水力压裂是以植物胶(如瓜尔胶)为稠化剂的水基压裂液体系，具有价廉、安全、应用范围广等特点。但是，水力压裂会损害水敏性储存，以及由于残渣、未破胶的浓缩胶和滤饼造成的导流能力的伤害。其中残渣、未破胶的浓缩胶和滤饼造成的导流能力损害主要通过加入破胶剂来解决。常规的氧化破胶剂有很多的缺陷，比如在高温下与压裂液反应迅速，使压裂液提前降解而失去输送支撑剂的能力；可与遇到的任何的反应物如管材、地层基质和烃类反应，生成与地层不配伍的污染物，造成地层伤害；氧化破胶剂还可能在到达目标裂缝前就消耗尽了，因而达不到破胶的目的。酶破胶剂是一种新型的破胶剂，与常规破胶剂相比，具有一系列的优点，如酶在反应过程中不与其它物质如压裂液、管材等反应，具有高度专一性、降解高效性和无污染等特性。如吴襟等人将诺卡氏菌形放线菌产生的β-甘露聚糖酶用于低温(30～60℃)油井压裂液的生物破胶剂，具有效率高、成本低、对地层伤害小、配胶工艺简便等优势。

目前有关β-甘露聚糖酶制备的文献报道较多。在利用芽孢杆菌产β-甘露聚糖酶方面，采用较典型的文献(柴萍萍，韦赟等.中国农业大学学报，2005，10(3)：77-80)报道的培养基培养天然枯草芽孢杆菌，测定最大酶活为2.36U/ml。在提高酶产量方面，主要是围绕β-甘露聚糖酶的编码基因开展研究并通过基因工程构建产酶功能菌等，虽然获得了较高的产量，但由于基因工程菌存在着性能不稳定和生态安全等问题，使得该技术的大量推广受到一定限制。

发明内容

为了克服现有技术采用基因工程构建菌提高产量存在的性能不稳定和潜在的生态安全问题等技术缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种非基因工程的、用微生物培养来制备β-甘露聚糖酶的方法，该方法可以大大提高酶活。

本发明的技术方案是，一种利用天然的枯草芽孢杆菌制备β-甘露聚糖酶的方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用含有魔芋精粉和复合氮源的培养基培养枯草芽孢杆菌HSO121；

(2)将步骤(1)得到的培养液离心去除菌体细胞后获得β-甘露聚糖酶粗酶液；

所述培养基中魔芋精粉质量浓度为2.5～5.0％；所述复合氮源包括浓度为80～140mmol/L的KNO₃和浓度为0.1～1wt％的蛋白胨。

优选的是，所述培养基中含有Mn²⁺。Mn²⁺的加入可以进一步提高酶活。更优选地是，所述Mn²⁺浓度为5～20mmol/L。最佳的是，所述Mn²⁺浓度为6～9mmol/L。

优选的是，所述培养基可以进一步含有KH₂PO₄ 0.001-1wt％，MgSO₄ 0.001-0.5wt％。

根据本发明所述的利用天然的枯草芽孢杆菌制备β-甘露聚糖酶的方法，较好的是，所述的培养基中魔芋精粉质量浓度为3.0～4.5wt％。

在一个优选的实施方案中，所述培养基中复合氮源由100～120mmol/L的KNO₃和0.5～1wt％的蛋白胨构成。

更优选地是，所述培养基包括魔芋精粉3.5wt％、KNO₃ 100mmol/L、蛋白胨1wt％和Mn²⁺9mmol/L。