我國(guó)是一個(gè)養(yǎng)殖大國(guó),目前制約我國(guó)飼料工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的因素主要有三方面 :飼料資源短缺、畜牧業(yè)環(huán)境污染以及安全的動(dòng)物產(chǎn)品。飼料及其原料中存在大量的非淀粉多糖,其中木聚糖含量最高,是重要的抗?fàn)I養(yǎng)因子。木聚糖阻礙營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與消化酶的結(jié)合,降低營(yíng)養(yǎng)成分(尤其是脂肪和蛋白質(zhì))的消化和吸收,導(dǎo)致動(dòng)物胃腸道中微生物繁殖的增多,使畜禽腹瀉率增加,從而影響畜禽的生產(chǎn)性能,并對(duì)畜禽產(chǎn)品品質(zhì)造成不利影響。
木聚糖酶是最重要的飼料酶制劑之一,木聚糖酶能夠降解飼料糧中的木聚糖、降低食糜黏度、減少微生物的定植、維持腸道正常結(jié)構(gòu),從而提高機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率和表觀代謝能。但是,早期木聚糖酶研究多著重于原始菌株優(yōu)化發(fā)酵,重組菌株簡(jiǎn)單構(gòu)建的方式,一直未能大幅提高蛋白表達(dá)水平,導(dǎo)致生產(chǎn)成本高,產(chǎn)品價(jià)格昂貴,難以滿足大規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的需要。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所的專利“一種酸性木聚糖酶XYL10A及其基因和應(yīng)用”,在多個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)路線改進(jìn):其一,率先采用基于酶分子結(jié)構(gòu)特征并結(jié)合生物信息學(xué)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線,建立了酶基因資源高效擴(kuò)增分離技術(shù),進(jìn)行資源的快速篩選與有效評(píng)估,提供了一種簡(jiǎn)單有效的從基因組DNA中克隆分離木聚糖酶基因的方法,其不僅具有高效性,還具有通用性。其二,獲得了一種綜合性能優(yōu)良的木聚糖酶,具有極好的熱穩(wěn)定性;最適pH為2.5,在pH1.5-6.5之間均具有較高活性;對(duì)胃蛋白酶、胰蛋白酶也具有非常強(qiáng)的抗性;其比活為5437 U/mg蛋白,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此前報(bào)道的酶蛋白。其三,提供了一種基于受體菌和外源基因、載體的綜合優(yōu)化構(gòu)建高效表達(dá)生產(chǎn)菌株的方法。
利用基因工程方法構(gòu)建了能夠高效表達(dá)木聚糖酶的菌株,建立了飼料用酶蛋白表達(dá)量達(dá)到20 g/L級(jí)的高效表達(dá)技術(shù)體系,并完善了表達(dá)發(fā)酵工藝,獲得應(yīng)用成本低廉的木聚糖酶產(chǎn)品,居國(guó)際領(lǐng)先水平。其表達(dá)效價(jià)在規(guī)模化生產(chǎn)水平可達(dá)10萬(wàn) U/mL,大幅度的降低了木聚糖酶的生產(chǎn)成本,也確保了其應(yīng)用成本低于1元/噸飼料。應(yīng)用這些酶后,飼料報(bào)酬一般可提高5%~15%左右,綜合經(jīng)濟(jì)效益提高3%~10%左右,即每噸加酶飼料的應(yīng)用可多獲利4元。木聚糖酶產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域,產(chǎn)品占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)80%以上,每年累計(jì)生產(chǎn)銷售木聚糖酶產(chǎn)品或復(fù)合酶產(chǎn)品5萬(wàn)噸以上,已在全國(guó)31個(gè)省近千家企業(yè)推廣應(yīng)用,累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益85億元。
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