[01189943]淀粉加工关键酶制剂的创制及工业化应用技术

淀粉是自然界储量极其丰富且可再生的资源，其高效生物转化不仅具有巨大的经济效益，还关系到国计民生。作为食品工业用量最大的酶制剂，淀粉加工用酶在淀粉高效利用中起着关键作用。然而，我国在其开发和应用方面存在三大突出问题：①国内具有自主知识产权的酶制剂较少，多数品类工业酶被国外垄断：②已开发的酶制剂普遍发酵水平低且使用性能达不到要求；③因缺少生产所需的专用酶制剂，一些新兴淀粉加工产品完全依赖进口。针对上述问题，该项目发明了淀粉加工关键酶的创制及应用新技术，形成了系列创新成果： 1.发明了智能化精算与区域化重构相结合的快捷精准的酶基因挖掘和功能优化新技术，创制了15种具有自主知识产权的新型淀粉加工关键酶，破解酶制备的源头性难题创立基于“基序-配体-能垒”精准算法的酶基因快捷挖掘新技术，获取了异淀粉酶等5种新型酶，填补国内外空白；创建“基于底物结合亚位点凹槽重构”的高效精准酶专一性改造技术，显著改善了麦芽糖淀粉酶等6种酶的特异性：发展了“基于不稳定区域及静电相互作用”的酶热稳定性改造技术，大幅提升了麦芽寡糖基海藻糖合成酶等4种酶的热稳定性。 2.发明了快速合成与高效转运相协调的酶发酵新技术,实现了12种淀粉加工关键酶制剂的工业化生产，攻克酶高效制备瓶颈。摒弃经典，首创基于CRISPR/Cas9系统的枯草芽孢杆菌基因编辑技术,构建了新型高效蛋白合成表达系统；开创共表达磷脂酶以强化膜透性的快速分泌新技术，创制基于“合成-折叠-分泌”相协调新理念的发酵过程放大技术，实现了普鲁兰酶等12种淀粉加工关键酶的工业化大规模生产，打破了国外垄断。 3.发明了定向有序和定量可控的淀粉加工新技术，建立了涉及8个产品的3个工业高效生物转化体系，扭转了我国淀粉加工技术优势不足或难以实现的局面。基于底物亲和性和产物专一性提升的酶系，建立高效淀粉加工体系，显著提高了3种大宗淀粉糖产率；基于适用淀粉加工新技术的专用酶系，创建多阶段分步酶解体系，突破了2种新兴淀粉加工产品的高效制备技术；基于突破产物抑制的酶系，创建多酶同步耦联体系，实现了3种环状淀粉衍生物的高效制备。 项目获授权专利55项，其中发明专利37项(美国发明专利3项)，实用新型专利18项，形成了涵盖淀粉加工关键酶基因挖掘、功能优化、高效制备以及应用的系统专利群；发表论文67篇(SCI 46篇)；出版著作3部；参与制定国家标准3项；通过成果鉴定3项；获中国商业联合会科技进步奖特等奖1项，教育部高等学校科学技术进步奖一等奖1项。项目在国内淀粉糖生产规模最大的企业山东鲁洲等8家企业实现了工业化生产及应用，2016-2018年共实现新增产值72.1亿元，新增利税11.1亿元，节支6.3亿元。 项目不仅推动了食品酶制剂的开发和应用，提升了食品科技水平和国际竞争力，而且对我国食品工业的健康可持续发展具有重要意义。