[发明专利]一种热稳定性碳酸酐酶的异源表达及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物酶领域，具体是指一种热稳定性碳酸酐酶的异源表达及其应用。

背景技术

CO₂等温室气体的减排越来越受到国际社会的广泛关注，已成为国际能源领域研发的热点。全世界每年共排放三百多亿吨CO₂，造成了严重的温室效应。因此，CO₂的捕捉和储存(Carbon Capture and Storage，简称CCS)已经刻不容缓。

目前主要有三种不同类型的CO₂捕捉系统，即燃烧前脱碳(Pre-combustion)、富氧燃烧脱碳(Oxy-fuel combustion)和燃烧后脱碳(Post-combustion)，其中最成熟的是燃烧后脱碳，即在燃烧排放的烟气中捕捉CO₂。目前常用的CO₂捕捉技术主要有化学吸收法(利用酸碱性吸收)和物理吸收法(变温或变压吸附)，此外还有膜分离技术是公认的在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力的技术，目前正处于开发阶段。化学吸收法因其吸收效果好得到广泛研究，其中最常用的是有机胺溶液吸收法。不同种类的胺液在CO₂吸收过程中，由于其吸收机理不同，表现出的特性也不同，各自存在优势和局限性。伯胺(如乙醇胺MEA)、仲胺(如二乙醇胺DEA)具有较大的吸收速率，但是吸收量不大，解吸能耗也偏高；而叔胺(如N-甲基二乙醇胺MDEA)虽然具有吸收量大、易于解吸的优点，但整体吸收速率太低。所以，采用单一的醇胺对CO₂进行吸收具有很大的缺陷。较为理想的吸收剂就应该同时具有较大的吸收能力又仅需较低的再生能量，如活化的叔胺溶液，这样形成新的混合胺溶液既保持了叔胺解吸能耗低的优点，又改善了单一叔胺溶液吸收速率低的特点。然而，由于现有化学吸附技术主要采用的吸收溶液为一乙醇胺(Monoethanolamine，MEA)，存在着较多的弊端，如捕捉效率较低，需要较大的设备(较长的管道)来达到较高的捕捉率，固定资产投资较大；主体吸收剂MEA不够稳定，循环使用次数少且会降解；而且MEA对管道的腐蚀较强，需添加额外的钝化剂；同时，MEA法捕捉CO₂后在释放CO₂阶段，需要较高的温度(约110℃)来解吸附CO₂，能耗很高等，导致捕捉项目成本过高，无法进行工业化推广。

基于此，近年来开发了一种新型的方法即采用生物酶-碳酸酐酶来加快CO₂捕捉速率。碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase，简称CA)作为一种Zn⁺依赖的金属酶，能够可逆地催化CO₂和HCO₃^-之间的转化，作用机制见图1(Alain C.Pierre，ISRN Chemical Engineering，2012)，鉴于此种催化特性，可以利用CA与有机胺类溶液结合应用于CO₂捕捉，见图2(Alain C.Pierre，ISRN Chemical Engineering，2012)，从而加快CO₂捕捉速率，提高捕捉效率；同时，在CO₂释放阶段，利用生物酶催化方法来实现在较低温度下的CO₂释放和再生，从而降低能耗和设备制造成本。

然而，运用碳酸酐酶进行CO₂捕捉目前仍处于研发阶段，未有中试示范装置建设和工业化应用的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种热稳定性碳酸酐酶，该酶具有较好的热稳定性和高浓度有机胺溶液耐受性，具有极大的工业化应用潜力和良好的工业化应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种热稳定性碳酸酐酶的异源表达，所述热稳定性碳酸酐酶是，

具有如下氨基酸序列的多肽，该氨基酸序列与SEQ ID NO：2的氨基酸序列具有至少90％同一性。

编码权利要求1所述的多肽的基因。

其核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。

根据上述的稳定性碳酸酐酶，所述碳酸酐酶的核苷酸序列编码，实现在大肠杆菌中异源可溶性表达。

一种热稳定性碳酸酐酶的应用，所述热稳定性碳酸酐酶应用于CO₂吸收领域。

所述CO₂为气体形态。

所述热稳定性碳酸酐酶应用于有机胺CO₂吸收领域。