[发明专利]一种麦芽糖淀粉酶及其基因、含有该基因的工程菌及其应用

说明书

本发明公开了一种麦芽糖淀粉酶及其基因、含有该基因的工程菌及其应用。本发明提供了一种产超高纯度麦芽糖的麦芽糖淀粉酶基因，其核苷酸序列为：SEQ ID NO.1所编码的麦芽糖淀粉酶氨基酸序列为：SEQ ID NO.2。利用该基因构建的毕赤酵母工程菌株能高效表达麦芽糖淀粉酶，该麦芽糖淀粉酶能高效的水解淀粉产生超高纯度麦芽糖，麦芽糖含量达90％以上，且水解终产物中不含葡萄糖。该酶以可溶性淀粉为底物时其比活力高达980U/mg。利用基因生产的酶制剂可用于食品、冷冻食品、烘焙、酿造、饮料工业和医药等行业，在解决实际问题的同时还可以取得可观的经济效益。

技术领域

本发明属于应用工业微生物领域，公开了一种麦芽糖α-淀粉酶基因、含有该基因的工程菌及其应用。

背景技术

淀粉作为地球上含量最为丰富的聚合物之一，是由葡萄糖单体单元以葡萄糖苷键连接而成的，根据糖苷键的区别分为两种重要组分：直链淀粉(线性α-1,4键连接的葡聚糖)和支链淀粉(线性α-1,4键连接的葡聚糖上连有α-1,6键的支链)，占总糖苷键的6％左右的α-1,6键使得淀粉糖链形成了分支结构。淀粉水解能够为不同的生命体提供能量，同时其水解产物还被广泛的应用于人类生活的各个方面。在淀粉的水解物中有一种常见的组成成分—麦芽糖(Maltose)，麦芽糖为两个葡萄糖单位经过α-1，4糖苷键结合的还原性二糖，分子式C₁₂H₂₂O₁₁，化学名称为4-O-α-D-吡喃葡糖基-D-葡萄糖，分子量342.30，因C_l羟基的位置不同而有α-和β-两种异构体，结构式如下所示：

游离的麦芽糖不存在于自然界中，只能通过淀粉水解产生。麦芽糖糖浆由于一些突出优点,如营养价值高，甜味温和、甜度只有蔗糖的1/3，且不参加胰岛素代谢,粘度低,吸潮性低，结晶性低，耐高温，清凉透明。其在冷冻食品、烘焙、酿造和饮料工业的应用方面具有很高的商业价值，尤其是高纯度的麦芽糖在医药工业有着重要的用途。麦芽糖糖浆按其中麦芽糖含量可以分为三类：一是麦芽糖含量＜50％为普通麦芽糖糖浆；二是麦芽糖含量50-75％之间为高麦芽糖糖浆；三是麦芽糖含量＞80％则为超高麦芽糖糖浆。目前国内市场的麦芽糖产品，以饴糖、高麦芽糖浆为主，也有超高麦芽糖浆产品，但是超高纯度麦芽糖和结晶麦芽糖产品很少。

生麦芽糖α-淀粉酶(EC3.2.1.133，maltogenic α-amylase)，全称1,4-α-D-葡聚糖-α-麦芽糖基水解酶，俗称麦芽糖淀粉酶，是α-淀粉酶家族中作用于淀粉及相关多聚糖以麦芽糖单位从淀粉链的非还原末端按顺时针方向被水解下来,主产物为α-麦芽糖的一类酶，属于糖苷水解酶家族GH13。麦芽糖淀粉酶性质非常独特，不同于典型的淀粉酶随机切割淀粉中的α-1,4键糖苷键，它不但可快速水解利用直链淀粉或环状糊精，也能少量利用支链淀粉，具有多底物特性；而且还具有一定程度的转糖基作用。

不同来源的麦芽糖淀粉酶在产麦芽糖能力以及酶学特性等方面也存在差异。来源于Penicillium expansum高产麦芽糖淀粉酶，分子量为69kDa，最适pH 4.5，在pH 3.6-6范围内保持稳定，最适温度为60℃，水解淀粉产物中麦芽糖含量高达74％，但同时有21％的葡萄糖产生。来源于Streptomyces sp.IMD 2679的高产麦芽糖的淀粉酶最适pH为5.5，最适温度为60-65℃，以可溶性淀粉为底物的比活力为3042U/mg，水解产物中麦芽糖含量高达79％，但同时伴随着13％的葡萄糖产生。来源于Rhizopus oryzae CICIM 0071产麦芽糖淀粉酶分子量为48kDa，最适pH为4.0-6.0，在4.5-6.5范围保持稳定，最适温度为60℃，低于50℃保持稳定。以可溶性淀粉为底物的比活力为1123U/mg，水解土豆淀粉产得到的麦芽糖含量高达74％，其中水解产物中葡萄糖含量为14％。