[发明专利]一种嗜碱微球菌及其产生的碱性木聚糖酶和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，特别涉及一种嗜碱微球菌及其产生的碱性木聚糖酶和应用。

背景技术

木聚糖酶，广泛分布于细菌、真菌、酵母、放线菌、反刍动物瘤胃、蜗牛、甲壳动物、陆地植物组织和各种无脊椎动物中，其中细菌来源的中性或碱性木聚糖酶具有较高的耐碱性和热稳定性。木聚糖酶具有广泛的应用，在造纸工业中，可应用于纸浆漂白、废纸脱墨；在饲料行业中，木聚糖酶可降低小麦型日粮水溶性木聚糖导致的食糜黏性增高，从而提高消化酶对底物的作用效率，同时木聚糖酶可作用于不溶性非淀粉多糖，破碎植物细胞壁，并释放出营养物质；在酿酒和食品行业中应用也非常广泛，如木聚糖酶添加到面粉中，可以改善面团的持水性、稳定性和对过度发酵的耐受性，提高入炉急涨性能，增大烘烤后面包的体积，改善面包心质地，降低面包的老化速率，延长货架寿命。

目前，工业上直接利用木聚糖酶还存在一些问题：稳定性差、底物特异性低、使用寿命短和成本高等。作为一种微生物制剂，木聚糖酶对温度、湿度和酸碱度都有一定的要求。为了适应不同饲料加工工艺及应用的需要，常需筛选耐高温的菌种，或采用基因工程及蛋白质工程手段改造木聚糖酶的属性，以满足各种因素对木聚糖酶的要求。现阶段生产的木聚糖酶均为真菌来源的木聚糖酶，这些酶的最适作用pH值普遍小于5.5。此外，木聚糖酶特异性低，直接利用效果较差，因此还应深入研究底物种类及质量浓度与木聚糖酶用量的关系，探讨不同酶制剂间的配伍效果，提高木聚糖酶的底物特异性。

地球上的一般自然环境pH值为5～8，碱性最强的自然环境是极端土壤、荒漠盐碱地等。鄂尔多斯高原土壤群、非洲乍得湖和墨西哥塔斯可可湖被称为世界三大土壤群，湖水pH值大于9。嗜碱菌是一个丰富多样的群体，目前已经从碱性土壤、盐土壤及海洋中分离得到多种多样的各种嗜碱菌。碱性木聚糖酶一般是由嗜碱菌分泌的。盐土壤和造纸工业废水废料中已分离出许多能适应碱性环境并产生碱性木聚糖酶的微生物。产碱性木聚糖酶的微生物主要为细菌，真菌也能产生但数量极少。

国内对于碱性木聚糖酶的研究起步较晚，研究工作主要集中于碱性木聚糖酶生产菌株的分离、纯化、产酶条件优化等。造纸制浆工业是我国国民经济的重要支柱产业，近十几年来，中国造纸工业飞速发展，到2011年，纸和纸板的产量和消费量都已超越美国跃居世界第一位。中国虽然已成为造纸生产大国，但还不是造纸强国，与世界造纸强国相比，仍存在相当大的差距。中国造纸工业高速发展的模式正面临着严峻的考验，其中面临的最大问题就是资源和环境的严重制约。

我国造纸用材料主要为非木材料。木聚糖酶在我国广泛地应用于麦草浆和竹浆漂白。但目前大多数研究的木聚糖酶最适反应pH和热稳定性都较低，限制了木聚糖酶的大规模应用。

因为造纸制浆工业的特点，要求木聚糖酶具有以下性能：1、为获得较佳漂白效果，并且不损伤纸浆纤维，酶液必须很低或者无任何纤维素酶活性。2、因纸浆采用碱法蒸煮，因此所采用的木聚糖酶必须有较宽的pH耐受性，要求在pH值大于9的情况大仍能保持较高活性。3、因木聚糖酶的处理在蒸煮完毕后进行，其中纸浆仍然处于高温状态，故需要酶蛋白有较好的耐热性能。因此，获得耐热碱性木聚糖酶显得尤为重要。随着基因工程和蛋白质工程的发展，碱性木聚糖酶将越来越广泛的应用于造纸工业，必将成为生物技术在造纸工业应用最成功的典范。

随着人类的发展进步，对生产效率及环境保护的要求也日益提高。工业酶天然具有高效、环保的属性，符合未来工业发展的要求。从极端环境中发掘有工业化应用潜力的新菌株，获得性质优良的新酶，以及建立在结构分析基础上将其按需进行蛋白质改造，将是碱性木聚糖酶研究发展的必然趋势。

木聚糖酶在木聚糖降解过程中发挥了重要作用，它是木聚糖降解酶系中最关键、最重要的酶，也是木聚糖降解相关酶中研究最多、最有应用价值的一类酶。碱性木聚糖酶是指最适反应条件为碱性的木聚糖酶。利用碱性木聚糖酶，可实现造纸工业的清洁生产，转变传统被动滞后的先污染后治理的环境污染治理模式，从源头控制，协调造纸工业发展与生态环境之间的关系，减低对环境的不利影响。国家发改委联合工信部、国家林业局在2011年十二月发布了《造纸工业发展“十二五”规划》，明确提出限制新上项目采用元素氯漂白工艺(现有企业逐步淘汰)，企业必须完善“三废”治理设施，严格控制污染物排放。对经限期治理仍不能达标的企业或生产线要依法整顿或关停。由此可见，开发新的环境友好型的高效耐热碱性木聚糖酶产品已迫在眉睫。