浅析普鲁兰酶的应用及研究发展趋势

郑州市博尔利科技有限公司创建于2010年，是一家专业从事生物酶制剂的研发，生产，销售为一体的科技型企业。专为小麦酒精生产研发的高级酶制剂，推出首款超强稳定小麦酒精淀粉酶。公司是由硕士，博士和博士后组成的研发团队， 并与河南农业大学联合建立了产品应用研发实验室。

浅析普鲁兰酶的应用及国外的总体研究水平、最新进展和发展预期，以及国内外从事该方面研究的主要机构及其研究方法。并对未来研究发展趋势进行了分析和预期。

主要内容

普鲁兰酶（EC3.2.1.41）做为一种淀粉脱支酶，目前主要在淀粉糖工业中与糖化酶配合应用，可显著提高葡萄糖得率，是淀粉糖工业(如葡萄糖工业、高葡糖浆、超高麦芽糖浆、改性淀粉、葡萄糖酸钠、啤酒酿造等)所必需的酶种。目前普鲁兰酶市场仍然主要由丹麦的诺维信和美国的杰能科所垄断，国外的普鲁兰酶主要由经基因工程改造的地衣芽胞杆菌生产，其编码基因主要来源于脱支芽孢杆菌Bacillus deramificans（US 6，074,854和US 5,817,498）和嗜酸性普鲁兰芽孢杆菌Bacillus acidopullulyticus（WO 2009/075682）。进口普鲁兰酶的pH作用范围在4.5-5.5，最适作用温度60℃，与糖化酶的作用条件相匹配，但该酶在70℃以上时，酶活下降显著，高温下的稳定性较差。近些年诺维信的专利显示，该公司对该酶进行了一系列提升耐热性的分子改造，目前已实现78℃下的酶活保持在原65℃下的80%以上，并且有将该热稳定普鲁兰酶与高温α-淀粉酶配合用于淀粉液化以及新型啤酒酿造等工艺的趋势（WO 2015/110473和WO 2017/014974）。实质上处于节能、提效考虑，近些年淀粉糖工业中糖化工艺也有向高温发展的趋势。因此可以判断耐热性或高温普鲁兰酶的开发及研究将成为本领域的研究热点和发展趋势。

国内针对普鲁兰酶的研究起步相对较晚，目前大多研究仍处于实验室水平，国内部分酶制剂企业目前也开发有普鲁兰酶产品，然而无论是酶活水平还是应用性能都与国外普鲁兰酶存在较大差距，所占市场份额极小。所以，国内普鲁兰酶的相关研究进展一直备受关注，从近十年的文献检索来看，普鲁兰酶相关SCI论文中主要以中国学者的研究成果占主导，其中江南大学、中科院天津工业生物技术研究所等取得了突出的研究进展，研究水平处于领先地位。国内外研究的表达宿主菌主要以大肠杆菌和枯草芽胞杆菌为主，枯草芽胞杆菌更具产业化潜力，在表达优化方面主要集中在启动子、信号肽的筛选和组合方面。例如，江南大学Zhang等2017年通过构建含双启动子P_HpaII-P_amyQ′的表达载体实现了B. deramificans普鲁兰酶在枯草芽胞杆菌中的分泌表达；2018年又通过构建一系列蛋白酶缺陷菌株，实现了该酶分泌表达水平的提升，在3L发酵罐中发酵产胞外酶活高达5951.8U/mL。中科院天津工生所主要针对普鲁兰酶的分子改造和性能提升做了较为系统的研究，得到了一系列比活力、耐热性及耐酸性提高的重组普鲁兰酶，极大扩宽了普鲁兰酶应用范围和开发潜力。

结论

因此，在国内普鲁兰酶研发成果突飞猛进的基础上，加大原创研发力度，弯道赶超，早日实现高质量、高性能、低成本的普鲁兰酶在国内大规模生产及应用，改变对进口普鲁兰酶长期依赖的现状，不仅可大大降低国内相关食品企业生产成本，提高我国淀粉原料的利用率，提高整个淀粉加工行业的生产率，而且对我国民族工业酶的发展具有重大战略意义。

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