[发明专利]一种产耐高温碱性木聚糖酶的嗜热芽孢杆菌及其应用

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵技术领域，具体是一种产耐高温碱性木聚糖酶的嗜热芽孢杆菌及其应用。 

背景技术

纤维素、半纤维素和木质素是植物半纤维素的主要成分，它们共同作用构成了植物细胞壁的支撑骨架，在三者之中半纤维素占据了植物干重的35%以上，半纤维素也是多种复合聚糖的总称，其主要成分为木聚糖，它是一种复杂的多聚五碳糖。木聚糖的主链是通过β-1-4糖苷键把多个吡喃木糖基连接起来，侧链上连接着不同的取代基，这样有乙酰基、葡萄糖醛酰基、L-阿拉伯糖基等（Collins et al.,2005）。所以木聚糖的完全降解就需要多种酶的共同参与。一般将木聚糖分为硬木木聚糖和软木木聚糖。硬木木聚糖主要是由0-乙酰-4-0-甲基葡萄糖醛酰木糖聚合而成，以β-1-4糖苷键相连。软木聚糖由阿拉伯4-0-甲基葡萄糖醛酰木糖残基聚合而成（Beg et al，2001）。有的分类方法也把木聚糖分为可溶性木聚糖和不可溶性木聚糖。 

木聚糖酶（1,4-β-D-xylanase:EC3.2.1.8）是一种重要的工业用酶，在分解木聚糖时起生物催化作用，可以将木聚糖分解成多糖或单糖的蛋白质或RNA。木聚糖酶广泛存在于自然界的生物体中。细菌、真菌、动物体内等都能产生木聚糖酶。 

由于木聚糖酶在工业上潜在的应用价值，在近十年内引起了人们的更多注意，其中碱性木聚糖酶主要应用于纸浆和造纸企业。碱性木聚糖酶在造纸行业中的应用主要包括制浆、协助漂白、改纤维性质、废纸脱墨等方面。 

在工业生产中，制浆过程是在碱性的条件下，用高温蒸煮的方法除去木质素，为使溶解制浆纤维素纯度达到98%，这就需要大量的氢氧化钠处理纸浆，造成了严重的环境污染，为此许多学者转而尝试生物处理制浆，而用于制浆漂白的木聚糖酶应是耐热和耐碱的。冯建良等（Kimura et al.2000）用木聚糖酶预处理麦草与常规化学法制浆进行了比较试验，木聚糖酶预处理提高了原料的脱木素程度，还可以降低制浆的卡伯值。木聚糖酶在辅助漂白方面有较广泛而深入的研究，且取得了很大成果。研究发现，无论是针叶木浆、阔叶木浆或是竹浆、草浆，木聚糖酶均可以降解纸浆中残余的木质素，提高了白度(AL BALAA et al,2006；Meek and Lipman,1922)。用于纸浆漂白的木聚糖酶必须具有耐高温特点，Khasin等得到了一个来源于碱性菌株Bacillus sterarothermophilus T26木聚糖酶，该木聚糖酶在pH9.0及65℃时对纸浆有最好的漂白效果（Khasin et al,1993），很多木聚糖酶不具备这样的特点，限制了商 业化应用。全世界每年产生的废纸数量是惊人的，废纸回收后再利用工作就变得尤为重要了，可以使在资源重复利用的同时也保护了环境。1991年，由韩国学者首次报道了应用木聚糖酶能将油墨从新闻废纸浆中脱除。此后，人们开始研究利用木聚糖酶进行废纸脱墨，以减轻或消除化学脱墨带来的环境污染（曹军卫等，2004）。 

目前，以无元素氯和全无氯漂白工艺为代表的纸浆绿色清洁漂白已经成为世界各国造纸业纸浆漂白发展的必然趋势，木聚糖酶酶法助漂新工艺已在欧洲和北美洲的30余家大型纸厂得到应用，成为生物技术在造纸工业应用最成功的一例。其中加拿大有约10%的硫酸盐法纸浆厂采用了该项新工艺。丹麦诺维信公司和美国山道斯化学公司等多家酶制剂厂商，纷纷推出了专门用于制浆处理的木聚糖酶和纤维素酶新产品，但到目前为止，工业上应用于纸浆漂白的木聚糖酶大多是中性偏酸的，最适反应温度大多在50℃左右，众所周知，纸浆蒸煮和漂白基本都是在高温和强碱的条件下进行的，使得现有的低温酸性木聚糖酶产品在此领域的应用受到极大的限制，另外，在饲料和食品领域，木聚糖酶应用在饲料的造粒和食品的焙烤工序中，仍然要求所用的木聚糖酶在高温条件下能够保持较高的酶活，因此，研究开发耐高温的木聚糖酶产品将会带来良好的经济效益和社会效益。