使用GH5木聚糖酶从淀粉生产乙醇的工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种用于从含淀粉材料生产发酵产物的工艺，其中在糖化期间存在GH5木聚糖酶。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对序列表的引用本申请包括计算机可读形式的序列表，将其通过引用结合在此。专利技术背景专利
本专利技术涉及用于从含淀粉材料生产发酵产物的工艺。相关领域描述木聚糖是在所有陆生植物中发现的半纤维素(波普尔(Popper)和陶西(Tuohy)，植物生理学(PlantPhysiol.)，2010，153:373-383)。它们在次生细胞壁和木材细胞中尤其丰富。在具有II型细胞壁的草中，葡糖醛酸阿拉伯木聚糖是主要的半纤维素，并且在许多基于草的食物和饲料产品中作为可溶性或不可溶性膳食纤维存在。植物木聚糖具有β-1,4-连接的吡喃木糖主链，该主链可以在O2或O3位置以物种和组织特异性方式被阿拉伯糖、葡萄糖醛酸和乙酸取代。黍亚科与经济上重要的物种(例如玉米和高粱)的富含淀粉的种子在它们的细胞壁中具有特殊类型的高度取代的木聚糖。与小麦粉相比，其中在阿拉伯木聚糖主链中超过60％的木糖单元是未被取代的。在玉米核木聚糖中，对应的未被取代的主链木糖的百分比是20％-30％，并且在高粱中，该百分比是35％-40％(惠思曼(Huismann)等人，碳水化合物聚合物(CarbohydratePolymers)，2000，42:269-279)。此外，在玉米和高粱中，这些木聚糖侧链可以比在其他木聚糖中常见的单一阿拉伯糖或葡萄糖醛酸取代更长。这种附加的侧链复杂性通常是由于结合至该侧链阿拉伯糖或葡萄糖醛酸的L-和D-半乳糖以及D-木糖造成的。玉米核木聚糖中约每十分之一的阿拉伯糖还被阿魏酸酯化，并且约每四分之一木糖进行乙酰化(阿格尔(Agger)等人，农业与食品化学杂志(J.Agric.FoodChem)，2010，58:6141-6148)。所有组合的这些因素使得玉米和高粱中高度取代的木聚糖对抗由传统的木聚糖酶引起的降解。基于序列相似性，将负责木聚糖主链水解的已知的酶分类为酶家族(www.cazy.org)。主要具有内切-木聚糖酶活性的这些酶之前已描述于糖苷水解酶家族(GH)5、8、10、11和30中。家族内的酶共享一些特征，例如3D折叠，并且它们通常共同具有相同的反应机制。一些GH家族具有狭窄或单一底物特异性，然而其他家族具有宽泛的底物特异性。通常使用可商购的GH10和GH11木聚糖酶来分解阿拉伯木聚糖的木糖主链。然而，这种木聚糖酶对侧链位阻敏感，并且虽然它们有效地降解来自小麦的阿拉伯木聚糖，但是它们对在黍亚科物种(例如玉米或高粱)的种子中发现的木聚糖不是非常有效的。在全世界，玉米被用于例如动物饲料中和用于生产生物乙醇，并且因此有需要发现具有木聚糖酶活性的新的多肽，这些多肽能分解细胞壁中的高度支链化的木聚糖主链，以便释放更多陷在细胞壁中的淀粉。专利技术概述根据本专利技术，显示出属于GH5家族的若干种木聚糖酶在水解高度支链化的木聚糖主链中是有效的，并且因此这些GH5木聚糖酶可以有利地应用于淀粉乙醇工艺中。因此，本专利技术涉及用于从含淀粉材料生产发酵产物的工艺，该工艺包括以下步骤：a)使用α-淀粉酶，使含淀粉材料液化；b)使用葡糖淀粉酶使该液化材料糖化；c)使用发酵生物进行发酵，其中在GH5木聚糖酶的存在下进行糖化。附图简述图1显示在糖化期间通过添加GH5木聚糖酶对乙醇产率的影响。将液化醪液分成三个部分并且进行同时糖化发酵。发酵之后，每天测量两次重量损失并且在发酵结束时进行HPLC。定义含阿拉伯木聚糖的材料：术语“含阿拉伯木聚糖的材料”意指包含阿拉伯木聚糖的任何材料。阿拉伯木聚糖是在植物(包括木头和谷物)的初生和次生细胞壁中发现的半纤维素，该阿拉伯木聚糖由两种戊糖、阿拉伯糖和木糖的共聚物组成。该阿拉伯木聚糖链包含大量的1,4-连接的木糖单元。许多木糖单元被2-、3-或2,3-取代的阿拉伯糖残基取代。包含阿拉伯木聚糖的材料的实例是草料、粗粮、种子和谷物(例如来自玉米、燕麦、黑麦、大麦、小麦的整体或通过粉碎、研磨等制备的)、树木或硬木(例如杨树、柳树、桉树、棕榈、枫树、桦树)、竹子、草本和/或木本能源作物、农业粮食和饲料作物、动物饲料产品、木薯皮、可可豆荚、甘蔗、甜菜、槐豆粕、蔬菜或水果果渣、木材废料、树皮、刨花、锯末、木浆、制浆废液、废纸、纸板、建筑和拆除木材废料、工业或城市废水固体或污泥、肥料、来自酿造和/或发酵过程的副产物、湿酒糟、干酒糟、谷物渣、丢糟和甘蔗渣。如在此所定义的草料还包括粗粮。草料是新鲜的植物物料，例如来自草料植物(禾草)和其他草料植物(海草、发芽谷物和豆类植物)或其任何组合的干草和青贮饲料。草料植物的实例是苜蓿(紫花苜蓿)、百脉根、芸苔属植物(例如，羽衣甘蓝、油菜籽(卡诺拉(canola))、芜菁甘蓝(瑞典芜菁)、萝卜)、三叶草(例如，杂三叶、红三叶、地三叶、白三叶)、禾草(例如，百慕大草、雀麦、伪燕麦草、羊茅、石南草(heathgrass)、草地早熟禾、芒草、鸭茅(orchardgrass)、黑麦草、柳枝稷、梯牧草(Timothy-grass))、玉米(玉蜀黍)、大麻、粟、大麦、燕麦、黑麦、高粱、大豆和小麦和蔬菜(如甜菜)。适用于青贮的作物是普通的禾草、三叶草、紫花苜蓿、野豌豆、燕麦、黑麦和玉蜀黍。草料进一步包括来自谷物产物的作物残余物(例如玉米秸秆，来自小麦、大麦、燕麦、黑麦和其他谷物的秸秆)，来自蔬菜像甜菜缨(beettop)的残余，来自油籽产物像来自大豆、油菜籽和其他豆类植物的茎和叶子的残余，以及来自用于动物或人类消耗的谷物精致过程或来自燃料生产或其他行业的级分。粗粮一般是具有高水平纤维的干植物物料，例如来自种子和谷物以及作物残余物(例如秸秆、干椰肉(copra)、稻草、谷壳、甜菜废料)的纤维、麸、苞叶。包含阿拉伯木聚糖的材料的优选来源是草料、粗粮、种子和谷物、甘蔗、甜菜和木浆。cDNA：术语“cDNA”意指可以通过从得自真核或原核细胞的成熟的、剪接的mRNA分子进行反转录而制备的DNA分子。cDNA缺乏可以存在于对应基因组DNA中的内含子序列。早先的初始RNA转录本是mRNA的前体，其在呈现为成熟的剪接的mRNA之前要经一系列的步骤进行加工，包括剪接。编码序列：术语“编码序列”意指直接指定多肽的氨基酸序列的多核苷酸。编码序列的边界一般由开放阅读框架决定，该开放阅读框架从起始密码子(如ATG、GTG或TTG)开始并且以终止密码子(如TAA、TAG或TGA)结束。编码序列可以是基因组DNA、cDNA、合成DNA或其组合。对照序列：术语“控制序列”是指表达编码本专利技术的成熟多肽的多核苷酸所必需的核酸序列。每个控制序列对于编码该多肽的多核苷酸来说可以是天然的(即，来自相同基因)或外源的(即，来自不同基因)，或相对于彼此是天然的或外源的。这些调控序列包括但不限于前导序列、聚腺苷酸化序列、前肽序列、启动子、信号肽序列和转录终止子。至少，控制序列包括启动子，以及转录和翻译终止信号。出于引入有利于将这些控制序列与编码多肽的多核苷酸的编码区连接的特异性限制酶切位点的目的，这些控制序列可以提供有多个接头。表达：术语“表达”包括涉及多肽产生的任何步骤，包括但不限于，转录、转录后修饰、翻译、翻译后修饰、以及分泌。表达载体：术语“表达载体”意指直链或环状DNA分子，该分子包括编码多肽的多核苷酸并且可操作地连接至提供用于其表达的控制序列。高度支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从含淀粉材料生产发酵产物的工艺，该工艺包括以下步骤：a)使用α‑淀粉酶，使含淀粉材料液化；b)使用葡糖淀粉酶使该液化材料糖化；c)使用发酵生物进行发酵，其中在GH5木聚糖酶的存在下进行糖化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.10 EP 14176473.8;2014.07.10 EP 14176468.8;1.一种用于从含淀粉材料生产发酵产物的工艺，该工艺包括以下步骤：a)使用α-淀粉酶，使含淀粉材料液化；b)使用葡糖淀粉酶使该液化材料糖化；c)使用发酵生物进行发酵，其中在GH5木聚糖酶的存在下进行糖化。2.根据权利要求1所述的工艺，其中该含淀粉材料包括玉蜀黍、玉米、小麦、黑麦、大麦、小黑麦、高粱、柳枝稷、粟、珍珠粟、谷子或处于加工过的形式，如研磨的玉米、研磨的小麦、研磨的黑麦、研磨的大麦、研磨的小黑麦、研磨的玉蜀黍、脱脂玉蜀黍、脱脂脱淀粉的玉蜀黍、研磨的高粱、研磨的柳枝稷、研磨的粟、研磨的谷子、研磨的珍珠粟。3.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中该含淀粉材料包括高度支链化的木聚糖。4.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中该GH5木聚糖酶选自亚家族21、34、或35。5.根据权利要求4所述的工艺，其中该亚家族21GH5木聚糖酶选自如SEQIDNO:6的氨基酸36至633所示的木聚糖酶、或与SEQIDNO:6的氨基酸36至633具有至少75％一致性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S佩德森，J埃克勒夫，
申请(专利权)人：诺维信公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK