1、項目名稱：低聚糖酶法生產與應用的關鍵技術及其產業(yè)化

1、1、項目名稱：低聚糖酶法生產與應用的關鍵技術及其產業(yè)化2、主要完成人：馬延和、肖 敏、劉宗利、母智深、王乃強、周 成、王瑞明、盧麗麗、陳 云、胥九兵3、主要完成單位：保齡寶生物股份有限公司、山東大學、內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）有限公司、中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所、中國科學院微生物研究所、齊魯工業(yè)大學4、項目簡介非消化性低聚糖具有抵御腸道致病菌感染、維持腸道微生態(tài)平衡、增強機體免疫力等重要功能，廣泛應用于食品、醫(yī)藥、農業(yè)等領域，是生物產業(yè)的重大品種，國際上發(fā)展迅猛。我國低聚糖用酶依賴進口，酶法轉化與精制技術落后，生產成本高，產品純度低，應用開發(fā)不足，產業(yè)發(fā)展緩慢，缺乏國際競爭力。本項目歷經7年

2、，在國家科技項目持續(xù)資助下，解決了三個方面的關鍵問題：國產化了高性能低聚糖用酶；創(chuàng)新集成了酶法生產與產品精制技術；建立了低聚糖功能評價與應用體系。構建了國際先進的低聚糖酶法生物制造技術體系，打破了國外壟斷，實現了千噸至萬噸級低聚糖酶法生產，推動了產業(yè)“從無到有、從小到大、從大到強”的跨越,拓展了低聚糖產業(yè)鏈。本項目主要技術創(chuàng)新如下：（1）研制了高性能低聚糖用酶，解決了低聚糖生產的核心關鍵問題，實現了酶的國產化。創(chuàng)新應用了酶定向篩選、分子優(yōu)化等技術，針對不同低聚糖產品研制了特異性強、轉化能力高、酶學性質與工業(yè)化生產匹配的高性能低聚糖用酶；建立了2050m的工業(yè)制備系統(tǒng)，高效生產了4種低聚糖用酶，

3、酶催化能力優(yōu)于國內外報道水平，為我國低聚糖自主、高效生產奠定了堅實的核心基礎。（2）創(chuàng)新發(fā)展了酶法生產與產品精制新技術，實現了高純度及固粉型低聚糖系列產品的低成本生產，增強了國產低聚糖的國際競爭力。建立和發(fā)展了孔徑、孔隙率可控的peg造孔固定化酶新技術和酵母表面展示酶新技術，實現了轉化工藝的連續(xù)、穩(wěn)定、低成本運行，噸產品酶成本較游離酶降低了300400元，生產效率提高30%以上；創(chuàng)新提出了糖鏈定向加工技術理論，建立了物理降粘-酶法降解聯用新工藝，實現了10%魔芋粉高效轉化生產低聚甘露糖；開發(fā)了低聚糖模擬移動床色譜分離和帶式真空低溫連續(xù)干燥技術，實現了95%以上高純度及固粉型低聚糖的高效、低耗生

4、產，產品質量達到或超過國內外水平，填補了國內空白。（3）開發(fā)了低聚糖產品系列應用技術，解決了低聚糖應用開發(fā)不足及使用方式不規(guī)范的問題，拓展了低聚糖的產業(yè)鏈和市場空間。建立了4種低聚糖產品特性、功能評價及產品應用技術體系，申報并獲批了低聚糖新食品原料、飼料和飼料添加劑新產品各1項，開發(fā)了90余種低聚糖在食品、醫(yī)藥、農業(yè)等領域的新產品方案，拓展了低聚糖應用領域。4、項目推廣應用情況、經濟、社會效益推廣應用情況：項目研發(fā)的技術和產品在保齡寶生物股份有限公司、內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司實現產業(yè)化，取得經濟效益206億元；科技成果在山東綠健生物技術有限公司、成都永安緣和生物科技有限公司等多家公司

5、推廣應用，均取得良好效果，具有顯著的的經濟效益和社會效益。社會效益：第一，豐富了低聚糖產業(yè)的產品種類，提高了低聚糖的產品質量，推動了生產過程的節(jié)能減排，節(jié)約了生產成本，對產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現實意義；第二，提升了我國低聚糖產業(yè)的科學技術水平，增強了低聚糖的國際競爭力，提升了國際影響力，使得我國高純度低聚糖生產與應用技術達到國際先進水平，為我國低聚糖產品走向國際市場奠定了堅實的基礎。第三，項目加快了低聚糖產品在食品、醫(yī)藥、農業(yè)等領域的推廣應用，推動了“功能食品大眾化，大眾食品功能化”的健康理念，對預防亞健康、提高公眾營養(yǎng)健康水平發(fā)揮了積極作用，推動了國內無抗生素的替代養(yǎng)殖模式的健康發(fā)展。第

6、四，實現了玉米、甘蔗、魔芋等低值生物質增值25倍，延長了農產品產業(yè)鏈和深加工水平，增加了農民收入。第五，通過項目研究和產業(yè)化實施，培養(yǎng)博士8名、碩士12名、為企業(yè)培養(yǎng)學術帶頭人、生產技術骨干等各類人才近100名；建立了國家糖工程技術研究中心、低聚糖研發(fā)（檢測）中心、功能糖產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟，為行業(yè)持續(xù)發(fā)展提供智力支持。 間接經濟效益：本項目精制技術在山東綠健等公司獲得推廣應用，創(chuàng)造經濟效益近1億元；生產的低聚糖產品在國內外食品、醫(yī)藥等領域30余家大型企業(yè)獲得了廣泛應用，提高了相關產品的附加值，帶動了終端產品的銷售收入，滿足了下游產業(yè)對低聚糖產品的需求，壯大了營養(yǎng)健康產業(yè)規(guī)模，經濟效益顯著。5

7、、曾獲國家獎勵情況（1）2012年山東省科學技術進步獎一等獎；（2）2013年中國輕工業(yè)聯合會科技進步獎三等獎。6、知識產權情況知識產權類別知識產權具體名稱國家（地區(qū)）授權號授權日期證書編號權利人發(fā)明人發(fā)明專利轉葡萄糖甘酶及其制備和固定化方法中國zl 201110254748.02013.11.061302205保齡寶生物股份有限公司劉宗利、王乃強、袁衛(wèi)濤、王彩梅、李方華發(fā)明專利一種制備-甘露聚糖酶的方法及專用菌株中國zl 2010102971352013.08.071249983中國科學院微生物研究所馬延和、朱泰承、游麗金、李寅、薛燕芬發(fā)明專利一種篩選轉糖基-半乳糖苷酶產生菌的方法中國zl

8、200510044096.22008.05.02323014山東大學肖敏、盧麗麗發(fā)明專利一種小麥淀粉制備高純度低聚異麥芽糖的方法中國zl 201210016932.62013.11.061301890保齡寶生物股份有限公司劉宗利、王乃強、王彩梅、王明珠、李方華發(fā)明專利一種淀粉糖的干燥制備方法中國zl 201010128159.32013.02.131138596保齡寶生物股份有限公司劉宗利、王乃強、袁衛(wèi)濤、邵先豹、王彩梅發(fā)明專利-葡萄糖苷酶及其基因和制備方法以及載體和宿主細胞中國zl 200710121922.82013.04.101171473中國科學院微生物研究所馬延和、周成、薛燕芬發(fā)明專

9、利一種高效轉糖基-半乳糖苷酶基因中國zl 200510044897.92008.02.20379795山東大學肖敏、盧麗麗發(fā)明專利一種循環(huán)利用重組釀酒酵母生產低聚半乳糖的方法中國zl 200810157830.x2011.05.04771973山東大學肖敏、李玉梅、盧麗麗發(fā)明專利一種含益生元的液態(tài)奶中國zl 200710100235.82009.12.23469953內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司母智深、張剛、張冬潔發(fā)明專利一種含有復合益生素的飼料添加劑及其制備方法中國zl 201110435455.22012.11.281093481山東輕工業(yè)學院李丕武、王騰飛、王瑞明、孫紅梅7、主要完

10、成人及貢獻（1）馬延和，研究員，中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點1中，獲得了具有優(yōu)良低聚糖生產性狀的堿性甘露聚糖、高溫葡萄糖苷酶等；創(chuàng)新點2中，實現了低聚甘露糖的高濃度轉化，創(chuàng)新點3中，低聚糖甘露功能評價、應用技術體系等。占本人工作總量的60%以上。（2）肖敏，教授，山東大學。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點1中，建立了一種轉糖基-半乳糖苷酶產生菌的篩選方法，篩選獲得多種產新型半乳糖苷酶菌種，建立了快速制備轉糖基-半乳糖苷酶的方法；創(chuàng)新點2中，建立了酵母細胞表面展示固定化酶的連續(xù)轉化工藝；創(chuàng)新點3中，研發(fā)了一種含低聚半乳糖的低乳糖乳清粉的制備方法。占本人工作總量的

11、60%以上。（3）劉宗利，研究員，保齡寶生物股份有限公司。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點1中，篩選獲得了低聚果糖高產菌株，建立了果糖轉移酶高效制備工藝；創(chuàng)新點2中，建立了轉葡萄糖甘酶、果糖基轉移酶等固定化新技術；創(chuàng)新點3中，參與了低聚糖的應用開發(fā)技術研究。占本人工作量的60%以上。（4）母智深，副教授，內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點3中，重點負責低聚糖在乳制品中的應用技術技術研究及產業(yè)化。占本人工作量的60%。（5）王乃強，高級工程師，保齡寶生物股份有限公司。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點1中，進行了產轉葡萄糖苷酶、半乳糖苷酶等產酶菌株篩選和發(fā)酵工藝研究；創(chuàng)

12、新點2中，進行了低聚糖用酶的固定化技術和產品精制技術研究；創(chuàng)新點3中，進行了低聚糖理化性質研究，制定了低聚糖國家標準。占本人工作量的75%。（6）周成，助理研究員，中國科學院微生物研究所。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點1中，篩選獲得了高產-葡萄糖苷酶的特異性菌株，對菌株和產酶特性進行了研究，參與了新型堿性耐熱甘露聚糖酶生產寡糖特性的表征和分析。占本人工作總量的65%以上。（7）王瑞明，教授，齊魯工業(yè)大學。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻： 創(chuàng)新點1中，研究了-低聚半乳糖苷酶酶學性質，并利用現代微生物技術篩選了產-低聚半乳糖苷酶斜臥青霉菌株，并優(yōu)化了產酶條件；創(chuàng)新點3中，探討了益生菌利用-低聚半乳糖的機制

13、，研發(fā)了飼料益生菌劑。占本人工作量的65%。（8）盧麗麗，副教授，山東大學。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點1中，建立了低聚半乳糖的篩選方法，獲得了多株低聚半乳糖用酶生產菌株；創(chuàng)新點2中，協助完成了酵母細胞表面展示固定化酶的連續(xù)轉化工藝研究。占本人工作總量的75%。（9）陳 云，工程師，內蒙古蒙牛乳業(yè)(集團)股份有限公司。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點1中，完成了低聚半乳糖用酶發(fā)酵工藝研究；創(chuàng)新點3中，低聚糖在乳品中應用技術開發(fā)與產業(yè)化。占本人工作總量的70%以上。（10）胥九兵，助理研究員，保齡寶生物股份有限公司。對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：創(chuàng)新點2中，低聚糖的工業(yè)規(guī)模精制技術，實現了高純度低聚糖

14、的高效、低耗生產。占本人工作總量的50%。8、主要完成單位及貢獻（1）保齡寶生物股份有限公司保齡寶生物股份有限公司是以生物工程為主導的國家級重點高新技術企業(yè)，中國功能糖城核心企業(yè)，我國功能糖行業(yè)首家上市公司。保齡寶公司對本項目的創(chuàng)新點1、2、3做出了貢獻：（1）篩選獲得了具有自主知識產權的低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖高產菌株，完成低聚糖用酶的高效制備；（2）對低聚異麥芽糖、低聚果糖進行了固定化研究，集成創(chuàng)新了“自控離交、納濾、模擬移動床色譜分離、濃縮、干燥” 一體化技術，實現了低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖的規(guī)?；a；（3）進行了低聚糖應用技術開發(fā)，在食品、醫(yī)藥、農業(yè)等領域進行產品

15、推廣。實現了可觀的經濟社會效益。（2）山東大學山東大學國家糖工程技術研究中心對本項目創(chuàng)新點1、2、4做出了貢獻。建立了一種轉糖基-半乳糖苷酶產生菌的篩選方法，從自然界篩選獲得芽孢桿菌、乳酸桿菌、青霉菌等產新型半乳糖苷酶微生物菌種，并獲得5種新型半乳糖苷酶基因；建立了簡便、快速，成本低的制備轉糖基-半乳糖苷酶的方法，研究了各種新型半乳糖苷酶的轉糖基活性及低聚半乳糖合成特性；利用酵母細胞表面展示方法建立了兩種新型固定化酶的技術策略，并建立了與之相關的連續(xù)酶轉化生產低聚半乳糖工藝；利用微生物的選擇性代謝糖類分子特性，篩選了不同的酵母菌種，建立了利用固定化酵母去除低聚半乳糖轉化體系中單糖組分，或利用固

16、定化酵母去除低聚半乳糖轉化體系中單糖和雙糖包括乳糖組分的方法，生物純化獲得含量為97%的高純度低聚半乳糖。（3）內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司（簡稱蒙牛乳業(yè)集團），是以乳制品為主導產業(yè)的農業(yè)產業(yè)化國家重點龍頭企業(yè)，年生產能力達 500 萬噸。蒙牛乳業(yè)對本項目創(chuàng)新點3做出了貢獻，針對低聚糖在乳制品行業(yè)中應用技術進行了深入研究，相繼開發(fā)了特渠、兒童奶、乳飲料、酸牛奶、歐世蒙牛等5個系列60余種新產品，取得了顯著的經濟效益。（4）中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所是國內唯一一家工業(yè)生物技術領域整建制研究所，建有工業(yè)酶國家工程實驗室，

17、在工業(yè)酶的開發(fā)和應用方面具有豐富經驗和良好技術平臺。在本項目中對創(chuàng)新點1、2做出了貢獻。主要表現在：（1）利用現代生物技術手段，發(fā)現了耐高溫的-葡萄糖苷酶及堿性甘露聚糖酶生產菌株，為低聚糖生產用酶的挖掘奠定了基礎；（2）成功構建了堿性甘露聚糖酶高表達菌株，從而實現了甘露聚糖酶的成功生產制備，并在產業(yè)化中得到推廣，從而為半乳甘露寡糖的酶法生產奠定了技術基礎；（3）在低聚甘露糖生產中建立并優(yōu)化了高粘度底物的物理降粘及酶法降解的聯用工藝，實現了10%以上的高濃度底物轉化，有效降低了生產成本。（5）中國科學院微生物研究所中國科學院微生物研究所是國內具有雄厚基礎和廣泛影響力的綜合性微生物學研究機構，在微生物技術的基礎和應用研究方面具有豐富經驗，在本項目中對創(chuàng)新點1做出了貢獻，主要表現在：（1）從極端環(huán)境中篩選到多株產耐高溫-葡萄糖苷酶菌株，并克隆獲得了2個具有特異性低聚異麥芽寡糖生產功能的新型耐熱-葡萄糖苷酶基因；（2）表達并進行了-葡萄糖苷酶特性分析，確定了產生的低聚異麥芽寡糖成份，為低聚異麥芽糖的高效酶法生產奠定了基礎；（3）通過分子改造技術，提高了-葡萄