[发明专利]一种纤维素酶制剂及其应用

说明书

本发明属于生物技术领域，具体是一种催化木质纤维素糖化的纤维素酶制剂及其应用。本发明提供的酶制剂同时含有纤维小体复合体以及β‑1,4‑葡萄糖苷酶，其中，β‑1,4‑葡萄糖苷酶通过共价或非共价的蛋白质相互作用方式或与纤维小体组分融合表达的方式结合在纤维小体复合体中。本发明所涉及的酶制剂不仅可以实现木质纤维素底物的高效水解，具有高的可发酵糖产量及糖化率，并且具有生产成本低廉等优势。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体是一种催化木质纤维素糖化的纤维素酶制剂及其应用。

背景技术

木质纤维素是一类供应丰富且环境友好的可再生生物质，是唯一可大规模再生且全面替代化石能源的资源，大力发展木质纤维素原料在能源等领域的利用，是加快发展循环经济，保障国家能源安全和碳减排的一项重要战略任务。然而，木质纤维素转化的最大瓶颈莫过于纤维素结晶区难降解、导致酶解效率低，成本高。因此，要实现木质纤维素的高效利用，就必须首先实现该不溶性复杂底物的高效水解糖化。目前，木质纤维素糖化主要是通过依赖于真菌游离酶纤维素降解酶系的工艺来实现。这些工艺中酶的成本占木质纤维素生物转化过程总成本的50％左右，且经过几十年的努力仍不能有效降低其用酶成本。此外，木质纤维素的水解效率也是重要的限制因素。因此，需要转换思路，开发不同于游离纤维素酶系的新型酶制剂实现木质纤维素的高效利用。

已知纤维小体是热纤梭菌等厌氧细菌生产的一种具有复杂结构和组分的多酶复合体，是自然界中已知的最高效的纤维素降解体系之一。纤维小体包括脚架蛋白等非催化单元以及具有不同催化活性的酶单元，并通过多级脚架蛋白和不同纤维小体酶类具有的多类型组装模块间特异性的非共价相互作用，将不同的功能组分组装成为分子量超过兆道尔顿的超分子多酶复合体。纤维小体组分和结构还具有时空调控特性，以适应木质纤维素的复杂成分，从而保证了其高效降解活力。此外，纤维小体还通过脚架蛋白或纤维素酶上所具有的纤维素结合模块和挂壁模块与底物及细胞组成三元复合体，纤维小体和细胞间的协同作用可以进一步提高了木质纤维素的糖化效率(专利文件EP2013355)。

尽管纤维小体及其生产菌株在木质纤维素糖化应用中具有巨大潜力，但目前纤维二糖对纤维小体酶的反馈抑制作用是阻碍其工业化应用的最大因素之一。前人主要通过向水解体系里额外添加β-1,4-葡萄糖苷酶水解纤维二来解除反馈抑制作用。如，专利文件WO/2013/137151通过向热纤梭菌的纤维素水解体系中添加来源于嗜热厌氧杆菌的游离β-1,4-葡萄糖苷酶提高葡萄糖产量；专利文件CN200910252180用生产β-1,4-葡萄糖苷酶的毕赤酵母与其他菌剂进行配伍实现β-1,4-葡萄糖苷酶的添加。此外，多年来，国内外研究者为了提高β-1,4-葡萄糖苷酶的产量、降低生产成本，开展了筛选新型的β-1,4-葡萄糖苷酶生产菌株(CN201180007605、CN20141007552、CN201310686413)、开发新型的β-1,4-葡萄糖苷酶生产(CN201410126924)及回收工艺(US9074200)，以及通过蛋白质工程手段对β-1,4-葡萄糖苷酶进行改造(CN201410603781、CN201310125106、CN201080061975)等工作。然而，由于添加的β-1,4-葡萄糖苷酶的活性及稳定性会随着糖化过程的进行而降低，因此，酶的消耗需要提高酶添加量或添加次数。β-1,4-葡萄糖苷酶作为游离酶添加到糖化体系中，会显著降低与体系中其他酶的协同作用，不可避免造成大于需求量的酶的额外添加，导致酶制剂成本的居高不下。不仅如此，这种依赖于外源添加游离酶的糖化策略，工艺复杂，对设备要求高，转化效率还不能满足工业化生产要求。因此，现阶段需要根据整合生物加工的糖化策略，开发新型的高效纤维素酶制剂，将纤维素酶和β-1,4-葡萄糖苷酶的生产与糖化过程进行整合，实现木质纤维素的“一锅法”原位糖化。

发明内容

本发明目的在于提供一种催化木质纤维素糖化的纤维素酶制剂。

为实现上述目的，本发明所采用技术方案为：

一种纤维素酶制剂，酶制剂由单一产纤维小体微生物合成，其为β-1,4-葡萄糖苷酶与纤维小体中的组分相互作用结合在纤维小体复合体中。