[发明专利]一种适于制备纤维素纳米晶体的纤维素酶及其应用

说明书

本发明公开了一种适于制备纤维素纳米晶体的纤维素酶及其应用，其中所述纤维素酶以如下步骤制得：(1)工程菌株的构建；(2)液体发酵生产纤维素酶。本发明的纤维素酶在水解纤维素过程中，由于强化了对纤维素无定型区降解的酶组分和解聚大尺寸纤维素结晶区氢键的蛋白组分，促进了纤维素大分子链的断裂和纤维素结晶区的“剥皮”反应，因而应用本发明的纤维素酶更容易形成纳米尺度的纤维素晶体。与已有商业纤维素酶相比，本发明的纤维素酶的酶系组成更适合于纤维素纳米晶体的制备，且具有酶系可控、水解效率高、用酶成本低、制备过程简单、不需要对原料进行机械处理、纳米纤维素得率高等优点。

技术领域

本发明涉及一种纤维素酶及其应用，尤其涉及一种适于制备纤维素纳米晶体的纤维素酶及其应用，属于生物技术领域。

背景技术

纤维素纳米晶体因其具有可再生、无毒、高比表面积、优异的力学性能，以及羟基易官能化等特点，近年来引起了人们的广泛关注。纤维素纳米晶体具有开发各种产品的潜力，有望取代传统的石化和不可生物降解的高分子材料，包括食品包装、薄膜和具有抗菌性能的纳米纤维素载银剂等。

纤维素纳米晶体的制备方法包括浓酸水解和生物法。其中利用浓硫酸水解是目前最常用的制备方法，但该化学制备过程涉及许多问题，如使用的化学品回收困难、反应条件苛刻、最终产品由于具有毒性而被限制使用等。生物法制备纤维素纳米晶体包括采用酶水解和微生物直接处理木质纤维素两种方式。在2011年，Satyamurthy et al.报道里氏木霉(Trichodermareesei)的菌丝用于发酵5％棉花微晶纤维素经差速离心处理获得纤维素纳米晶体，然而将菌丝与纤维素纳米晶体完全分离存在困难，操作过程复杂，且不易控制产物品质。利用纤维素酶水解木质纤维素原料制备纤维素纳米晶体，具有环境友好、反应条件温和、产物表面有大量活性羟基有利于其改性、所产糖液可被利用实现生物炼制等优点，被认为是一种有发展潜力的制备纤维素纳米晶体的方法。纤维素酶作为预处理手段辅以化学或机械处理制备纳米纤维素，如专利CN201810752004.3用纤维素酶预处理木质纤维素，之后用有机酸处理残渣，经透析，离心后获得纳米纤维素。CN201310716921.3原料经木聚糖酶、漆酶和纤维素酶等水解后，再经高压均质处理，获得纳米纤维素。CN201510050168.8酶水解芦苇浆，再用NaClO处理，透析后经真空干燥获得纳米纤维素。已有的利用酶水解制备纤维素纳米晶体的方法中，一般是使用纤维素酶作为预处理，以用于强化后续化学过程或降低机械过程的能耗，虽然也有直接利用纤维素酶水解制备纤维素纳米晶体的专利，如发明专利CN201811566789.1将预处理后的香蕉皮以料液比1:20进行酶解，经滤纸和微孔滤膜过滤后，制得纳米纤维素。CN201810849243.0桉木打浆后加入润胀剂，润胀后除去，用纤维素酶和木聚糖酶复合酶解后，离心洗涤，得到纳米纤维素。CN103031356B用经碱氧法预处理后的花生壳，再经3h超声波预处理后，与纤维素酶液1:6混合培养3天，过滤冻干后获得纤维素纳米晶体。CN201610038690.9纤维素酶与纤维素混合，每隔12h超声30-60min，离心水洗，冻干后获得了纳米纤维素。但上述所有专利中，均没有涉及到专门适用于制备纤维素纳米晶体的纤维素酶及其来源或生产方法，均没有涉及到专门适用于制备纤维素纳米晶体的纤维素酶及其来源或生产方法，，应用时无法控制纤维素酶的酶系组成，存在酶系组成不合理、酶法制备的效率低、水解时间长等问题，由于无法控制水解过程致使纤维素纳米晶体得率低，用酶成本高难以开展规模化工业生产。

纤维素原料存在结晶区和非结晶区，需要多种酶的共同作用才能完成对不同结构区域内纤维素大分子的降解。利用一个合理酶系组成的纤维素酶，以完成纤维素原料的高效和对结晶区有限制性的降解，对快速且高产率地制备获得纤维素纳米晶体是十分必要的。经检索，有关适于制备纤维素纳米晶体的纤维素酶以及通过构建拥有合理酶系的工程菌株利用发酵获得该纤维素酶并快速制备纤维素纳米晶体的方法还未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种适于制备纤维素纳米晶体的纤维素酶及其应用。