[发明专利]一种酸性葡聚糖酶GLU16-8及其基因和应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体地，本发明涉及一种酸性葡聚糖酶GLU16-8及其基因和应用。

背景技术

纤维素、半纤维素和木质素等是植物细胞壁的主要组成成分。纤维素大约占细胞干重的40～45％，是由葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接而成的线状结构分子。木质素约占细胞干重的15～25％，是一种复杂酚类聚合物。半纤维素约占细胞干重的30～35％，是继纤维素之后最丰富的可再生生物资源，它由杂聚多糖组成，按主链组成占多数的糖来命名，称之为葡聚糖、葡聚糖、甘露聚糖、和葡甘露聚糖等(Schulze E1891.Ber Dtsch Chem Ges 24,2277-2287.)。其中β-葡聚糖是单子叶禾本科植物细胞壁中的结构性非淀粉多糖，主要存在于糊粉层和胚乳细胞中，如大麦和燕麦胚乳细胞壁含有约70～75％的葡聚糖(Philippe S et al.2006.Planta 224(2),449-461.)

β-葡聚糖酶是能分解β-糖苷键链成的葡萄糖聚合物的一类酶的总称。按作用方式不同,β-葡聚糖酶可分为内切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶两类。其中内切β-1,3-1,4-葡聚糖酶(酶学分类号E.C.3.2.1.73)可以水解β-1,3-1,4-葡聚糖，专一作用于与β-1,3键相连的β-1,4糖苷键，使其降解为低分子量片段，失去亲水性和粘性。改变单胃动物肠道内容物的特性，提高内源性消化酶活性，改变肠道微生物环境，利于动物对营养物质的消化和吸收,提高生长性能和饲料的转化率(Mathlouthi N et al.2002.Amin Res 51,395-406.)在食品和饲料工业等方面有广阔的应用前景。

葡聚糖酶是可将葡聚糖降解成低聚糖和葡萄糖的一类酶的总称。目前葡聚糖酶在食品，饲料，啤酒、医药等领域得到了日益广泛的应用。目前大麦主要被应用于啤酒的酿造和饲料中，因此相关的葡聚糖酶在啤酒酿造和饲料工业中得到了最为广泛的应用，尤其在欧洲，以大麦，豆粕为主要原料的饲料配方中，葡聚糖酶的添加更为广泛。大麦发芽过程中，大麦当中的葡聚糖不能够被自身内源性葡聚糖酶完全分解，通常仅能分解30％-70％，残留的葡聚糖使糖化醪粘度增加，过滤速率降低，成品啤酒容易形成雾浊或早期凝胶沉淀。在麦芽制造中，加入耐高温β-葡聚糖酶可显著降低成品麦芽中β-葡聚糖含量，降低麦汁粘度，提高麦汁滤速及得率，有利于改善啤酒风味，保持成品酒的非生物稳定性。在以大麦、小麦、黑麦、燕麦为基础的畜禽饲料中含有大量的β-葡聚糖，由于单胃动物体内没有消化β-葡聚糖的酶，因此不能够水解饲料当中的β-葡聚糖。β-葡聚糖作为一种非淀粉粘性多糖，在肠道内吸收较多的水分后，具有较高的粘度，阻止肠道消化液与食糜充分接触，从而影响营养物质的吸收，成为一种抗营养因子。添加β-葡聚糖酶，可以有效消除β-葡聚糖的抗营养作用，大大提高了饲料的利用效率。

在饲料工业中，动物胃肠道是酸性环境(如猪的胃肠道)，并且含有大量的内源性蛋白酶，同时在饲料的加工过程中，有一个短时的高温过程。因此，获得新型具有优良温度稳定性和适用性的，具有对各种蛋白酶(特别是胃蛋白酶)具有抗性的酸性葡聚糖酶的研究具有重大意义。克隆和分离具有温度稳定性和蛋白酶抗性的酸性葡聚糖酶可以更好的应用于饲料，而且可以降低生产成本，都是葡聚糖酶应用于工业化生产所必需的。

植物和微生物都能产生β-1，3-1，4-葡聚糖酶，在植物种子发芽过程中可以由糊粉层和盾片分泌β-1，3-1，4-葡聚糖酶以分解胚乳细胞壁中的β-葡聚糖。生产中应用较多的是微生物所产的β-1，3-1，4-葡聚糖酶，包括细菌(主要为芽孢杆菌)、真菌和瘤胃微生物。目前已经有多种不同来源的β-1，3-1，4-葡聚糖酶基因被克隆和表达。不同来源的基因可以在不同的载体和寄主系统中得到表达，包括大肠杆菌(Escherichia coli)，芽孢杆菌，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)以及转基因大麦和烟草等，但不同表达系统的葡聚糖酶活性有较大的差异。

然而，获得新型具有优良特性葡聚糖酶的研究仍具有重大意义。本发明克隆和分离的葡聚糖酶具有良好的热稳定性和底物特异性，对大麦葡聚糖、昆布多糖、地衣多糖以及魔芋粉都有不同程度的降解能力，在饲料生产和新能源的开发中应用潜力较大，该葡聚糖酶比活力较高，热稳定性好，并且对大麦芽粘度降解的效果很明显，在啤酒酿造中具有很好的应用潜力，该葡聚糖酶的pH稳定性非常好，在1～11.0之间保持稳定，具有良好的胃蛋白酶和胰蛋白酶抗性，因此在饲料、食品、造纸、以及能源产业当中具有很大的应用潜力。

发明内容