[发明专利]乙酰木聚糖酯酶突变体及其应用

说明书

本发明公开了乙酰木聚糖酯酶突变体及其应用，属于酶学工程技术领域。本发明通过对来源于短小芽孢杆菌Bacillus pumilus的乙酰木聚糖酯酶基因BPAXE进行分子改造，获得了五种酶学性质改变的突变体，其对于胶黏物的模式底物PVAc和PEA均有一定的降解效果，其中K12A效果最好：在PVAc降解方面，浊度提高量是野生型的1.34倍，粒径降低量是野生型的1.20倍；在PEA降解方面，浊度降低量是野生型的1.56倍，粒径降低量是野生型的1.61倍，且均能形成比野生型更加稳定的反应体系，结果表明这五种乙酰木聚糖酯酶突变体在造纸胶黏物的降解中具有重要的工业应用潜力。

技术领域

本发明涉及乙酰木聚糖酯酶突变体及其应用，具体涉及的是一个乙酰木聚糖酯酶的突变体在降解造纸胶黏物中的应用，属于酶学工程技术领域。

背景技术

随着废纸利用率的逐年提高，废纸已经成为造纸产业的重要原材料之一。然而废纸中存在天然木质抽出物以及涂布粘合剂、热熔胶、压敏胶等人工合成聚合物，在回收利用过程中会不断絮聚为高黏性的胶黏物，滞留于纸张表面以及烘缸、成形网等设备表面，导致纸张质量差，发生断纸同时降低纸机设备的利用率。因此如何控制废纸回收过程中积累的胶黏物是当前亟待解决的问题之一。目前生物酶法以其环境友好、高效专一的独特优势引起人们的重视，其主要通过酶作用于胶黏物的化学键进而降低胶黏物的黏性，减缓胶黏物的沉积现象，已经成为一种重要的胶黏物控制手段。

按照按胶黏物产生原因分类可将胶黏物分为原生胶黏物和次生胶黏物两种。原生胶黏物是指随着废纸回收循环系统的运行，本身就留存于纸浆中的胶黏物，它们是随着废纸浆料而引入流水线，经过碎浆、抄造等回收过程后，逐渐从其中分散并释放出来的物质聚集而成。通常情况下，以固体存在形式为主，不溶于水，特点是尺寸较大，通过过滤装置可除去绝大部分。次生胶黏物属于物理化学作用后发生环境体系中的温度或者pH的高低突发变化而衍生出的胶黏物。在碎浆的过程中，众多杂质会溶解于浆水中，然而胶黏物稳定性极差，在外界的温度、pH值、表面电荷等条件变换后就会发生剧烈的失稳现象，使其极易絮聚形成黏性较大的胶黏物。因其不可控性，所以工业上对于次生胶黏物的控制比原生胶黏物难。当前，工业上常常采用沉淀、微浮选或者超滤法去除次生胶黏物。

目前，国内造纸工业中的胶黏物的处理还是以传统的化学法为主，虽然可以在造纸过程中起到良好的作用，但仍存在着化学品带来的二次污染等问题。随着全球污染的进一步加剧和环境保护意识的提高，生物酶法因为条件温和、绿色环保、底物专一性强等优势受到各个工业领域的关注，因此在近些年来也逐渐被应用在废纸回收过程中的胶黏物控制领域，从而不仅减少耗能，也能减小化学物对于环境的污染，同时达到胶黏物去除的目的。胶黏物中存在大量极性基团，分子链的柔顺性普遍偏低，致使聚合物分子内和分子间的吸引力增强，黏性增大。生物酶法的作用机理主要是通过酶对于胶黏物中化学键的水解，破坏胶黏物的主要结构组分，进而使粒子黏性降低，相互作用减弱，有效地削弱胶黏物的絮聚现象。

酯酶通过水解酯键降解胶黏物，是最主要的胶黏物控制用酶。胶黏物中可被这两类酶水解的是油脂和人工合成聚酯。胶黏物中的人工合成聚酯主要分为聚丙烯酸酯(PA)和聚醋酸乙烯酯(PVAc)两类。两种聚酯主链均为碳碳链，而酯键位于侧链。胶黏物聚酯所带的负电荷值较低，主体呈疏水性，胶黏物聚酯的碳碳主链赋予了聚酯的弹性，侧链酯赋予聚酯的黏性，因此胶黏物聚酯易聚集形成有黏性的胶黏物颗粒。

乙酰木聚糖酯酶是一种可水解多聚糖侧链酯键的聚酯酶，对胶黏物聚合物侧链酯的水解效果可能优于一般的酯酶，因此可以作为胶黏物控制用酶。

发明内容