[发明专利]一种聚合物固定化木聚糖酶及其制备方法和应用

说明书

一种聚合物固定化木聚糖酶及其制备方法和应用，将水溶性引发剂加入木聚糖酶缓冲液中，低温条件下使引发剂的羧基与木聚糖酶表面的氨基酸残基共价反应获得木聚糖酶大分子引发剂，温敏性聚合物的单体在催化剂的作用下在木聚糖酶大分子引发剂主链上聚合，获得聚合物固定化木聚糖酶。将聚合物固定化酶与纤维素酶协同水解桑皮、玉米芯、甘蔗渣、麸皮等农业废弃物获得低聚木糖。本发明选用具有良好生物相容性的聚合物，确保固定化酶维持较高的活力，同时温敏性聚合物增加了固定化酶的重复利用率。本发明可以解决农业废弃物资源利用的问题，有望产生良好的经济效应。

技术领域

本发明属于固定化酶领域，具体涉及一种聚合物固定化木聚糖酶及其制备方法和应用。

背景技术

低聚木糖，又称木寡糖，是木聚糖的降解产物，由2-7个木糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的非均一性多糖，是功能性低聚糖家族中重要一员。低聚木糖，特别是木二糖和木三糖，增殖双歧杆菌的功效是其他功能性糖类的20倍，可有效刺激肠道蠕动并促进钙的吸收(Green Chemistry,2019,21:3213-3231)。同时，低聚木糖对人类白血病细胞具有毒害作用，对Ⅱ型糖尿病有益处，且可用作抗氧化剂(Bioresource Technology,2018,249:395-401)。因此，低聚木糖被认为是一种新兴的益生元，在食品、饲料等领域具有广阔的应用前景。

目前，低聚木糖的制备主要通过降解木聚糖获得，常用的方法有：水热法提取、酸法提取、酶解法提取。由于酸法提取过程中需要耐酸、耐腐蚀的设备，且产生的副产物中可能含有致癌的有毒物质，因此，酸法提取低聚木糖投资成本高，技术要求高，不适合大规模的工业化生产。而水热法提取需要耐高温设备，且产生的低聚木糖颜色深，给后续处理增大难度，因此，在工业生产上应用较少。木聚糖酶的酶解技术在生产低聚木糖中得到了广泛的认可。木聚糖酶是一类降解木聚糖的酶系，通过水解木糖分子β-1,4-糖苷键将木聚糖水解为木寡糖，包括木二糖、木三糖等低聚木糖以及少量阿拉伯糖(Carbohydrate Polymers,2019,207:34–43)。但是游离木聚糖酶在实际应用中存在一些问题如稳定性差、重复利用率低等，导致使用成本高。因此，木聚糖酶的应用研究中，固定化酶的研究是生物技术领域新兴的技术。酶的固定化是用物理或化学手段，将游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间使用的一种技术。与游离酶相比，固定化酶不但可保持高效催化特性，而且储存稳定性高、可多次重复使用。这一系列优点，使得固定化酶在生物工程、化学、医学等领域得到迅速发展且符合可持续发展的战略要求。

目前，如何改进木聚糖酶的稳定性，提高酶活回收率，找到更好的固定化方法及载体是木聚糖酶固定化研究的趋势及方向。发明CN 106434620 A将木聚糖酶固定在3-氨丙基三乙氧基硅烷改性Fe₃O₄@SiO₂纳米颗粒载体表面，提高了木聚糖酶的温度耐受范围。发明CN107012137 A制备了海藻酸钠-壳聚糖固定化木聚糖酶，有效提高了木聚糖酶的温度稳定性及pH稳定性。还有报道制备了在磁性壳聚糖上接枝木聚糖酶，与游离酶相比，热稳定性、pH稳定性均有增加，且可重复使用三次(Applied Biochemistry and Biotechnology,2(188):395-409)。在已有的木聚糖酶固定化技术中，有载体的固定化木聚糖酶的报道已有很多，而未见无载体固定化木聚糖酶制备的报道。