半纤维素酶高效生产及其高效转化半纤维素产业化关键技术
报送单位:中国农业大学 推荐单位:中国农业大学

支撑项目(平台):“863”计划“重要食品酶微生物发酵生产与高效制备关键技术-食品酶发酵与制剂化关键技术”、国家自然科学基金新型耐热酸性β-甘露聚糖酶的发掘、分子改造及其作用机理、科技部农业成果转化资金项目“玉米芯高效转化功能性糖技术应用示范

参与单位:中国农业大学

所属学科:食品科学与工程

主要贡献者:江正强 ,李里特(已故),杨绍青 ,闫巧娟 ,肖林等

成就简介:研发了多种新型、高效、具有自主知识产权的特异性半纤维素酶,并用于产业化转化半纤维素资源,打破了国外的技术垄断。相关产品推广至食品、饲料等领域,促进了行业的技术进步,产生了重大的经济、社会和生态效益。

半纤维素是储量仅次于纤维素的可再生资源,具有来源多样性和结构复杂性,其高效生物转化是国际上研究的热点和难点。酶制剂作为国家战略性产业之一,是食品工业等绿色、循环发展的催化剂。半纤维素酶在半纤维素转化过程中发挥着关键性作用。我国在半纤维素酶及其应用方面起步较晚,基础研究薄弱,产业发展存在诸多技术瓶颈,主要表现在:1)半纤维素酶种类少和作用机制不明确;2)发酵技术落后,产半纤维素酶水平偏低;3)半纤维素酶转化效率低,应用范围窄。项目在科技部和国家自然基金委等支持下取得关键技术突破,主要成就如下:1、创制了20余种具有自主知识产权的新型半纤维素酶,阐明了其酶学特性和催化作用机制,为工业化生产和应用奠定了基础。选育了高产木聚糖酶、葡聚糖酶甘露聚糖酶等的优良菌株30余株,包括嗜热拟青霉J18、米黑根毛霉CAU432、毛壳菌、樟绒枝霉、微孢根霉和巴伦葛玆类芽孢杆菌等,拓宽了新酶的来源。发掘了20余种不同类型、特性各异的新型半纤维素酶,丰富了我国半纤维素酶品种。率先解析8个半纤维素酶的晶体结构,阐明了催化作用机制,提升了我国半纤维素酶基础理论研究的水平。2、突破了半纤维素酶中高密度发酵的技术瓶颈,解决了工业化高效制备半纤维素酶的难题。创立了“高底物转化率、高生产强度和高产量”发酵技术。30吨发酵罐工业化生产耐高温木聚糖酶、甘露聚糖酶和葡聚糖酶的产酶水平分别为国际上同类酶的最高水平的1.1、3.5 和3.6倍。打破了国外的技术垄断,带动了中国酶制剂向“高档次、高活力、多品种”的方向发展。3、开发了半纤维素酶在益生元等领域的应用技术。采用项目特异性酶并耦合高效预处理方法,实现了农产品及其副产物中非淀粉类多糖的高值转化功能性低聚糖。成功将玉米芯粉转化为功能性低聚木糖,并首次在我国实现了低聚木糖的工业化生产,培育了全球最大的低聚木糖生产企业。成功将魔芋胶转化为甘露低聚糖,提高了农产品的附加值。创新性集成连续逆流提取同步酶解工艺,在国内率先实现了瓜尔胶膳食纤维的工业化生产。另外,进一步开发半纤维素酶的应用技术,显著提高食品品质和饲料转化率。项目授权国家发明专利30余项,发表论文200余篇(其中SCI收录120余篇);制定国家和行业标准5项。成果转化和产品应用至国内100多家企业。产生了巨大的经济、社会和生态效益。相关技术成果的推广应用,推动了我国食品及酶制剂领域的快速发展和技术进步。

144032