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生物医药与医疗机械

α-转移葡萄糖苷酶的筛选优化及高效表达

α-转移葡萄糖苷酶(α-transglucosidase E.C.2.4.1.24)可专一性地切开糖类底物中非还原端的α-1、4糖苷键,释放出葡萄糖,还可将游离出的葡萄糖残基以α-1、6糖苷键转移到另一个糖类底物上,得到非发酵性的低聚异麦芽糖(IMO,其包括异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖及四糖以上的低聚糖)、糖脂或糖肽等。该酶是工业上生产IMO的必需酶制剂之一,具有巨大的应用价值。 本技术利用黑曲霉高效表达系统,通过传统诱变的方法筛选出多分支、短分支的突变菌株。最终获得稳定性好、α-转移葡萄糖苷酶产量高的黑曲霉工程菌株,为其工业化生产奠定基础,以适应IMO生产工艺的需求。 基于黑曲霉表达系统,我们筛选得到了4株稳定、高效表达α-转移葡萄糖苷酶的生产菌株。将来源于土曲霉、棒曲霉、烟曲霉、黑曲霉的α-转移葡萄糖苷酶基因分别转化到自主构建的黑曲霉宿主菌中,获得4株黑曲霉重组菌株At、Ac、Af和An。发酵样品进行应用实验测定,测试在不同温度下生产的总糖产品中IMO的含量。结果显示Af在60度和65度条件下,均优于标杆产品。以At、Af、An为出发菌株,分别经过紫外诱变筛选及摇瓶发酵优化,最终得到3株高产α-转移葡萄糖苷酶的黑曲霉突变菌株Atm、Afm、Anm。葡萄糖苷酶的酶活分别可达14952U/ml、6699U/ml和23709 U/ml。

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高性能酿酒酵母选育及其在乙醇生产中的应用

乙醇是重要的大宗化工产品,用途广泛,常用作燃料、溶剂和消毒剂,也用于制取其他化合物。酒精也是目前全球最大的发酵产品,2013年全球乙醇产品超过7000万吨。我国发酵生产乙醇的产量也在逐年增加,2013年的产量超过了720万吨,排在美国和巴西之后位列第三。目前我国乙醇主要以玉米、木薯等淀粉质类或甘蔗、糖蜜等糖类原料发酵生产出来。酿酒酵母是乙醇发酵生产的主要菌种,但是目前与国际先进水平相比,国内企业主要使用使用的安琪酵母发酵生产乙醇的原料利用率、转化率和产物浓度都有一定的差距。另外,由于发酵法生产乙醇的条件比较粗放,导致菌种的适应工业环境的能力差。针对这些问题,利用先进的基因组水平的分子改造技术来开发高性能酿酒酵母菌种,并在乙醇发酵生产实现应用具有重要的价值。 研究人员通过基因组水平的分子改造及适应性进化改造,获得了可以在较高温度条件下(40℃-45℃)利用玉米粉、木薯、甘蔗以及木质纤维素原料(玉米秸秆、玉米芯)等原材料进行发酵生产乙醇高性能新一代工业菌株,同时高菌株具有较高的原料转化率,并且菌株已经进行专利保护。 新菌株利用玉米粉发酵生产乙醇,在底物浓度为28%情况下,乙醇产量超过14%(v/v),而在相同条件下国内主流菌种(安琪酵母)的乙醇产量为13.5%(v/v)左右。另外新菌种的甘油、杂酸等副产物菌低于使用安琪酵母的条件。目标产品生产能力的提升及副产物积累的减少,为新菌种的产业化推广应用奠定了坚实的基础。

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