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法律状态
2023-03-21
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):C12N 1/14 专利号:ZL2014108542041 申请日:20141231 授权公告日:20190326
专利权的终止
2019-03-26
授权
授权
2016-03-30
实质审查的生效 IPC(主分类):C12N1/14 申请日:20141231
实质审查的生效
2015-05-06
公开
公开
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体的涉及一种芽枝状枝孢霉及木质 纤维素酶制剂。
背景技术
利用农林废弃物、能源植物等木质纤维素原料转化生产燃料乙 醇,对缓解能源及环境危机具有重要意义。目前,纤维素乙醇的高成 本仍是限制其大规模工业化生产与应用的主要因素。其中,酶成本占 总成本的50~60%,其次为能耗成本。单一种类的木质纤维素酶已无 法满足工业需求,需要多种木质纤维素酶的协同作用,以实现在减少 酶用量的同时,提高对木质纤维素原料的可发酵糖得率。然而,目前 已报道木质纤维素水解复合酶的糖化效率仍不能满足产业需要。
木质纤维素原料经预处理后,残留的木质素及其衍生物对水解酶 的酶活力及其对木质纤维素的水解程度具有强烈的抑制作用。向木质 纤维素水解复合酶体系中添加木质素酶,可减小木质素及其衍生物对 水解酶的抑制,进而提高酶解效率和糖得率。然而,现有商品化木质 纤维素水解复合酶制剂中均未涉及木质素酶,已报道文献中也仅有几 例研究涉及木质素酶中的漆酶,同时含有多种木质素酶的水解复合酶 体系未见报道。
同时,已有木质纤维素水解复合酶的酶解作用温度范围为 35~65℃,适用于中低温条件下高效糖化木质纤维素的水解复合酶匮 乏,酶解温度为30℃以下且含有木质素酶的木质纤维素水解复合酶体 系尚属空白。构建含有木质素酶且适用于中低温条件下的高效木质纤 维素糖化酶系,可在提高糖得率的同时,缩减木质纤维素原料糖化与 发酵过程间的温差,增强工业可操作性,降低酶成本及能耗,推进纤 维素乙醇大规模产业化及应用。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种木质素降解菌株。
本发明的第二个目的在于提供一种能够在30℃以下进行糖化过 程且含有木质素酶的木质纤维素水解复合酶体系。
本发明的第三个目的在于提供一种木质纤维素酶制剂在木质纤 维素原料糖化中的应用。
为了达到本发明的第一个目的,本发明提供了一种木质素降解菌 株(Cladosporium cladosporioides)经鉴定,种属来源为芽枝状枝孢 霉,已于2014年9月4日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普 通微生物中心(简称为CGMCC,地址为北京市朝阳区北辰西路1号 院3号,中国科学院微生物研究所,邮政编码:100101)保藏编号为 CGMCC No.9587。
请给出分离、筛选、鉴定过程如下:
长白山森林土壤样品经鞣酸和Azure Blue平板筛选,获得真菌 菌株YCB,依据其18S rRNA和ITS rRNA基因序列和GenBank中 与之相似性较高的菌种序列以相邻连接法(Neighbor Joining,NJ)构 建系统发育树,显示与之最相关的菌种为Cladosporium sp.(100%), 菌株YCB属于枝孢霉属(Cladosporium),且与菌株Cladosporium cladosporioides处于同一个分支,所以菌株YCB也属于这个种,命 名为Cladosporium cladosporioides YCB。
本发明所提供的芽枝状枝孢霉CGMCC NO.9587的分类学性质:
真菌YCB能够产生分生孢子,菌丝体呈灰绿色,菌丝有隔。依 据其18S rRNA和ITS rRNA基因序列和GenBank中与之相似性较 高的菌种序列以相邻连接法(Neighbor Joining,NJ)构建系统发育树, 显示与之最相关的菌种为Cladosporium sp.(100%),菌株YCB属于 枝孢霉属(Cladosporium),且与菌株Cladosporium cladosporioides处 于同一个分支,所以菌株YCB也属于这个种,命名为Cladosporium cladosporioides YCB。
为达到本发明的第二个目的,本发明提供了一种木质纤维素酶制 剂,包括芽枝状枝孢霉CGMCC No.9587的发酵干粉和木聚糖酶;
可选的,所述木聚糖酶选选自棒曲霉(Aspergillus clavatus)来源 的木聚糖酶、黑曲霉(Aspergillus niger)来源的木聚糖酶和里氏木霉 (Trichoderma reesei)来源的木聚糖酶中的至少一种。
可选的,所述发酵干粉是按照以下方法制备获得的:
在4~30℃条件下,将芽枝状枝孢霉(CGMCC No.9587)按照 1%~10%的菌接种量接种于营养液中培养3~5d获得发酵液,利用浓 度为40%~85%的(NH4)2SO4对发酵液进行沉淀后透析,将透析获得 的产物干燥后获得发酵干粉。
可选的,以重量份计,相对于1重量份的发酵干粉,棒曲霉来源 的木聚糖酶的用量为2-6份,黑曲霉来源的木聚糖酶的用量为2-6份, 里氏木霉来源的木聚糖酶的用量为2-6份。
本发明所提供的木质纤维素酶制剂对木质纤维素原料的糖转化 率高,由于该酶制剂可以在中低温条件下(4-30℃)使用,能够缩减 木质纤维素原料糖化与发酵过程间的温差,增强工业可操作性,降低 成本。
为了达到本发明的第二个目的,本发明提供了木质纤维素酶制剂 在木质纤维素原料糖化中的应用,包括以下步骤:所述的木质纤维素 酶制剂和木质纤维素原料混匀获得预混合物,将所述预混合物与pH 为2-6的缓冲液接触混匀获得酶解混合物,在4-30℃下对酶解混合物 进行糖化处理。
可选的,糖化处理的温度为4-15℃。
可选的,所述木质纤维素酶制剂和木质纤维素原料的重量比为 0.15-1.75:1。
可选的,相对于1g的预混合物,所述缓冲液的用量为50-1000mL, 所述缓冲液为醋酸钠缓冲液、酒石酸钠缓冲液或柠檬酸钠缓冲液。
利用本发明所提供的木质纤维素酶制剂,能够在较低的温度下完 成木质纤维素原料的糖化处理过程,对原料利用更加充分、糖得率高、 能耗低、特别适合于纤维素乙醇发酵生产领域的大规模产业化应用。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
芽枝状枝孢霉(Cladosporium cladosporioides)保藏编号为 CGMCC No.9587。
本发明提供了一种木质纤维素酶制剂,包括所述芽枝状枝孢霉 CGMCC No.9587的发酵干粉和木聚糖酶;
在本发明中,所述木聚糖酶可以由多种具有木聚糖分解能力的酶 复配获得,例如,所述木聚糖酶可以选自棒曲霉(Aspergillus clavatus) 来源的木聚糖酶、黑曲霉(Aspergillus niger)来源的木聚糖酶和里氏 木霉(Trichoderma reesei)来源的木聚糖酶中的至少一种。
在本发明中,所述发酵干粉和木聚糖酶的重量比为1:2-6;为了 获得最佳的木质素糖化效果,所述发酵干粉和木聚糖酶的重量比优选 为1:3-5。
在本发明所提供的方法中,以重量份计,相对于1重量份的发酵 干粉,棒曲霉来源的木聚糖酶的用量为2-6份,黑曲霉来源的木聚糖 酶的用量为2-6份,里氏木霉来源的木聚糖酶的用量为2-6份。
所述发酵干粉中含有芽枝状枝孢霉(CGMCC No.9587)所产生 的纤维素酶、木聚糖酶、木质素酶和酯酶、漆酶、锰过氧化物酶和非 锰依赖性过氧化物酶。
其中,所述发酵干粉是按照以下步骤制备获得的:
在4~30℃条件下,将芽枝状枝孢霉(CGMCC No.9587)按照 1%~10%的菌接种量接种于营养液中培养3~5d获得发酵液,利用浓 度为40%~85%的(NH4)2SO4对发酵液进行沉淀后透析,将透析获得 的产物干燥后获得发酵干粉。
其中,所述营养液是以土豆培养基为基础培养基添加其他辅料制 备获得的,所述辅料选自玉米籽皮、麦麸、松木屑、甘蔗渣和豆粉中 的至少一种。
其中,所述土豆培养基具有本领域常规使用的组分,具体的,所 述土豆培养基含有20%土豆,2%蔗糖。
其中,相对于100重量份的所述土豆培养基、玉米籽皮的添加量 为10-50重量份、麦麸的添加量为10-50重量份、松木屑的添加量为 10-50重量份、甘蔗渣的添加量为10-50重量份、豆粉的添加量为10-50 重量份。
在发酵过程结束后,利用(NH4)2SO4对发酵液进行沉淀后透析, 具体步骤包括离心收集发酵液,向上清液中加入(NH4)2SO4,所得沉 淀进行透析除盐,(NH4)2SO4的浓度为40%-85%,透析所使用的滤膜 为0.22μm孔径。
需要对透析获得的产物就进行干燥获得发酵干粉,本发明对于干 燥的方法没有特别的限制,可以采用本领域常规的烘干、冷冻干燥、 喷雾干燥或气流干燥方法进行。
本发明所提供的酶制剂对于将发酵干粉与木聚糖酶混合的方式 没有特别的限制,可以在使用前按照发酵干粉与木聚糖酶1:2-6的 重量比混合均匀,也可以在应用过程中将二者按比例使用。
本发明还提供了一种木质纤维素酶制剂在木质纤维素原料糖化 中的应用,包括以下步骤:将木质纤维素酶制剂和粒径为15-80目的 木质纤维素原料按照0.15-1,75:1的重量比接触混匀获得预混合物, 将所述预混合物与pH为2-6的醋酸钠缓冲液、酒石酸钠缓冲液或柠 檬酸钠缓冲液接触混匀获得酶解混合物,在4-30℃下对酶解混合物进 行糖化处理;其中,相对于1g的预混合物,醋酸钠缓冲液、酒石酸 钠缓冲液或柠檬酸钠缓冲液的用量为50-1000mL。
其中,所述木质纤维素原料可以为本领域常规的需要进行木质纤 维素糖化处理的生物材料,例如可以为农林废弃物、能源植物等。具 体的,可以为麦秸、菊芋茎秆或甘蔗渣。本发明所提供的方法还包括 对原料的预处理过程,包括将原料粉碎至尺寸为15-80目的颗粒,优 选的为18-70目的颗粒。
本发明对于将木质纤维素酶制剂与木质纤维素原料接触混匀的 方式没有特别的限制,只要能够使得二者充分接触从而对原料进行充 分的糖化即可。
在本发明中,糖化处理的过程可以按照本领域常规的方法进行, 值得注意的是,利用本发明所提供的木质纤维素酶制剂可以在4-30℃ 的温度下完成糖化处理步骤,特别是可以在4-15℃的低温下对木质纤 维素原料进行充分的糖化利用。
利用本发明所提供的应用所获得的糖化产物可以接下来通过乙 醇发酵过程制备纤维素乙醇。糖化液中还原糖浓度达到 5.1-14.7mg/mL。
下面通过实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理 解的是以下实施例的给出进是为了起到说明的目的,并不是用于对本 发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精 神的情况下,可以对本分发明进行各种修改和替换。
以下实施例中,土豆培养基的组成成分为20%土豆,2%蔗糖。
木质纤维素原料为麦秸、菊芋茎秆或甘蔗渣,
还原糖含量的检测方法为常规的DNS法。
实施例1
本实施例用于说明本发明所提供木质纤维素酶制剂。
将1L土豆培养基与0.05kg麦麸混合获得培养液,按照5%比例接 种芽枝状枝孢霉(CGMCC No.9587),在30℃下恒温培养3天,收集 发酵液,用50%(NH4)2SO4沉淀并透析,所获产物经喷雾干燥制成发 酵干粉。
将发酵干粉与木聚糖酶(棒曲霉Aspergillus clavatus来源,购自 宝如亿北京生物技术有限公司)按照1:2的重量比混合获得木质纤 维素酶制剂1。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备木质纤维素酶制剂,不同的是, 所述木聚糖酶是黑曲霉Aspergillus niger来源的(购自杰能科生物工 程有限公司)。
获得木质纤维素酶制剂2。
实施例3
采用与实施例1相同的方法制备木质纤维素酶制剂,不同的是, 所述木聚糖酶是里氏木霉Trichoderma reesei来源的(购自诺维信投 资有限公司)。
获得木质纤维素酶制剂3。
实施例4
采用与实施例1相同的方法制备木质纤维素酶制剂,不同的是, 将发酵干粉与木聚糖酶按照1:6的重量比混合获得木质纤维素酶制 剂4。
实施例5
采用与实施例1相同的方法制备木质纤维素酶制剂,不同的是, 将发酵干粉与木聚糖酶按照1:5的重量比混合获得木质纤维素酶制 剂5。
测试例1-5
分别将实施例1-5获得的木质纤维素酶制剂1-5和粒径为60目 的木质纤维素原料按照0.15:1的重量比接触混匀获得预混合物,将 0.032g所述预混合物与2mL的pH为4的醋酸钠缓冲液接触混匀获 得酶解混合物,在15℃下对酶解混合物进行糖化处理3天。获得糖 化液1-5,对糖化液中还原糖的含量进行检测,结果列于表1。
测试例6
采用与测试例1相同的方法利用木质纤维素酶制剂1对木质纤维 素原料进行糖化,不同的是,糖化的温度为4℃。获得糖化液6,对 糖化液中还原糖的含量进行检测,结果列于表1。
测试例7
采用与测试例1相同的方法利用木质纤维素酶制剂1对木质纤维 素原料进行糖化,不同的是,糖化的温度为30℃。获得糖化液7,对 糖化液中还原糖的含量进行检测,结果列于表1。
表1
通过测试例的结果可以看出,本发明所提供的木质纤维素酶制 剂能够在低温条件下对木质纤维素原料进行糖化。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了 详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这 对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神 的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
机译: 枝孢孢霉的淀粉降解酶
机译: 哈米格霉属真菌和枝孢属的真菌的检测方法
机译: 一种有效成分,其包含由油松树枝状油枝中分离得到的一种含有油苷的抗癌药