[发明专利]一种葡萄糖异构酶突变体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种葡萄糖异构酶，具体地说涉及一种高转化率葡萄糖异构酶突变体及其生产与应用。

技术背景

葡萄糖异构酶(glucose isomerase，GI)，又称木糖异构酶(xylose isomerase，XI)(EC5.3.1.5)，可以催化D-葡萄糖等醛糖至D-果糖等相应酮醣的异构化反应。因此是工业生产上大规模以淀粉制备高果糖浆的关键酶之一。

果葡糖浆也称高果糖浆或异构糖浆，它是以酶法糖化淀粉所得的糖化液经葡萄糖异构酶的异构作用，将其中一部分葡萄糖异构成果糖，由葡萄糖和果糖而组成的一种混合糖糖浆。高果糖浆是甜度与蔗糖相当、风味纯正、营养丰富，且具有协同增效、冷甜爽口、低热量、不致龋齿：防腐效果佳、吸水性好、发酵性能好等特点，是可以最佳替代蔗糖使用或取代蔗糖使用的新型甜味剂。此外，果糖代谢过程中不需胰岛素的辅助，在体内代谢转化的肝糖生成量是葡萄糖的三倍，具有保肝作用；它还能抑制体内蛋白质的消耗，有利于运动员和体力劳动者的营养补给。由于果葡糖浆具有比葡萄糖、蔗糖明显优越的保健与营养功效以及良好的食品加工性能，目前被越来越广泛地应用于饮料、冷食品、糖果、烘焙制品、水果罐头及蜜饯、果酱等食品加工中，其需求量将不断增加。

果葡糖浆是一种由果糖和葡萄糖所组成的混合物，根据其果糖含量的不同，目前市场上主要有F42(果糖占42％)和F55(果糖占55％)两个品种，F55糖浆相对于F42糖浆的主要优点在于：a.F42糖浆不能在低温下储存，易结晶析出葡萄糖，而F55糖浆则可以在26～30℃的范围内储存；b.在同等碳水化合物的前提下，F42糖浆其甜度只有普通蔗糖甜度75％，而F55糖浆甜度与蔗糖甜度相当；c由于F55糖浆果糖含量更高，其保健价值更高。而根据目前国内的具体生产、技术条件和成本要求，绝大部分生产企业只能先生产F42产品，再经色谱分离系统的浓缩出F90糖浆(果糖占90％)，再与F42糖浆勾兑出F55糖浆，如果能直接生产出F55糖浆，则生产投资将大大降低。

高温有利于葡萄糖异构转化率的提高，目前，人们已经从一些天然嗜热菌中分离出许多了耐热性葡萄糖异构酶，如Bacills thermoantarcti.CUS，Thermus aquaticus HB8，Thermotoga neapolitana等。人们对其产生的耐热葡萄糖异构酶进行了纯化、定性，肯定了它在制备高糖果浆工业中的巨大潜力。但由于嗜热菌苛刻的培养条件、低的细胞产量及90℃以上的异构转化温度造成副产物和色素的大量生成，其产酶并不适合工业化生产。所以能在60-70℃下就有55％以上的转化率的葡萄糖异构酶真正是果葡糖浆工业生产所要解决的头等问题！

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种葡萄糖异构酶突变体，其亲本具有NCBI编码：YP_289661所示的氨基酸序列，所述葡萄糖异构酶突变体是第243位或244位或284位或286位的氨基酸突变为突变为脯氨酸(Pro)或丝氨酸(Ser)或丙氨酸(Ala)或异亮氨酸(Ile)或苏氨酸(Thr)或缬氨酸(Val)。

所述葡萄糖异构酶突变体为第244位组氨酸、第243位苯丙氨酸分别突变为脯氨酸、丝氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸中的一种。

所述葡萄糖异构酶突变体为第243位苯丙氨酸、第244位组氨酸、284位脯氨酸、286位组氨酸均突变为脯氨酸、丝氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸中的一种。

所述葡萄糖异构酶突变体为是286位组氨酸突变为脯氨酸、丝氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸中的一种。

编码本发明的葡萄糖异构酶突变体的基因序列也属于本发明要求保护的范围。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种生产葡萄糖异构酶突变体的方法，具体技术方案如下：根据嗜热子囊菌(Thermobifida fusca)葡萄糖异构酶基因NCBI编码：CP000088，设计定点突变的突变引物，以携带葡萄糖异构酶基因的克隆载体为模板进行定点突变构建突变体；以质粒pT7-7或能表达该酶的载体为表达载体，将重组质粒转化大肠杆菌BL21(DE3)细胞或能表达该酶的宿主细胞，挑选验证后的阳性单克隆进行发酵培养。

本发明应用于果葡糖浆的生产，应用温度为60-70℃，应用pH为5.0-8.5，应用磷酸盐浓度为50-100mM、镁离子浓度为5-8mM。