1、項(xiàng)目名稱：低聚糖酶法生產(chǎn)與應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化

1、1、項(xiàng)目名稱：低聚糖酶法生產(chǎn)與應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化2、主要完成人：馬延和、肖 敏、劉宗利、母智深、王乃強(qiáng)、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(xué)、內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）有限公司、中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所、中國科學(xué)院微生物研究所、齊魯工業(yè)大學(xué)4、項(xiàng)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(qiáng)機(jī)體免疫力等重要功能，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，是生物產(chǎn)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(jìn)口，酶法轉(zhuǎn)化與精制技術(shù)落后，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品純度低，應(yīng)用開發(fā)不足，產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，缺乏國際競爭力。本項(xiàng)目歷經(jīng)7年

2、，在國家科技項(xiàng)目持續(xù)資助下，解決了三個方面的關(guān)鍵問題：國產(chǎn)化了高性能低聚糖用酶；創(chuàng)新集成了酶法生產(chǎn)與產(chǎn)品精制技術(shù)；建立了低聚糖功能評價與應(yīng)用體系。構(gòu)建了國際先進(jìn)的低聚糖酶法生物制造技術(shù)體系，打破了國外壟斷，實(shí)現(xiàn)了千噸至萬噸級低聚糖酶法生產(chǎn)，推動了產(chǎn)業(yè)“從無到有、從小到大、從大到強(qiáng)”的跨越,拓展了低聚糖產(chǎn)業(yè)鏈。本項(xiàng)目主要技術(shù)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(chǎn)的核心關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)了酶的國產(chǎn)化。創(chuàng)新應(yīng)用了酶定向篩選、分子優(yōu)化等技術(shù)，針對不同低聚糖產(chǎn)品研制了特異性強(qiáng)、轉(zhuǎn)化能力高、酶學(xué)性質(zhì)與工業(yè)化生產(chǎn)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(chǎn)了4種低聚糖用酶，

3、酶催化能力優(yōu)于國內(nèi)外報(bào)道水平，為我國低聚糖自主、高效生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的核心基礎(chǔ)。（2）創(chuàng)新發(fā)展了酶法生產(chǎn)與產(chǎn)品精制新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高純度及固粉型低聚糖系列產(chǎn)品的低成本生產(chǎn)，增強(qiáng)了國產(chǎn)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(shù)和酵母表面展示酶新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化工藝的連續(xù)、穩(wěn)定、低成本運(yùn)行，噸產(chǎn)品酶成本較游離酶降低了300400元，生產(chǎn)效率提高30%以上；創(chuàng)新提出了糖鏈定向加工技術(shù)理論，建立了物理降粘-酶法降解聯(lián)用新工藝，實(shí)現(xiàn)了10%魔芋粉高效轉(zhuǎn)化生產(chǎn)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(shù)，實(shí)現(xiàn)了95%以上高純度及固粉型低聚糖的高效、低耗生

4、產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到或超過國內(nèi)外水平，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。（3）開發(fā)了低聚糖產(chǎn)品系列應(yīng)用技術(shù)，解決了低聚糖應(yīng)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(chǎn)業(yè)鏈和市場空間。建立了4種低聚糖產(chǎn)品特性、功能評價及產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)體系，申報(bào)并獲批了低聚糖新食品原料、飼料和飼料添加劑新產(chǎn)品各1項(xiàng)，開發(fā)了90余種低聚糖在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的新產(chǎn)品方案，拓展了低聚糖應(yīng)用領(lǐng)域。4、項(xiàng)目推廣應(yīng)用情況、經(jīng)濟(jì)、社會效益推廣應(yīng)用情況：項(xiàng)目研發(fā)的技術(shù)和產(chǎn)品在保齡寶生物股份有限公司、內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，取得經(jīng)濟(jì)效益206億元；科技成果在山東綠健生物技術(shù)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(yīng)用，均取得良好效果，具有顯著的的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。社會效益：第一，豐富了低聚糖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品種類，提高了低聚糖的產(chǎn)品質(zhì)量，推動了生產(chǎn)過程的節(jié)能減排，節(jié)約了生產(chǎn)成本，對產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；第二，提升了我國低聚糖產(chǎn)業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平，增強(qiáng)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(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，為我國低聚糖產(chǎn)品走向國際市場奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第三，項(xiàng)目加快了低聚糖產(chǎn)品在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的推廣應(yīng)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(yù)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(nèi)無抗生素的替代養(yǎng)殖模式的健康發(fā)展。第

6、四，實(shí)現(xiàn)了玉米、甘蔗、魔芋等低值生物質(zhì)增值25倍，延長了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈和深加工水平，增加了農(nóng)民收入。第五，通過項(xiàng)目研究和產(chǎn)業(yè)化實(shí)施，培養(yǎng)博士8名、碩士12名、為企業(yè)培養(yǎng)學(xué)術(shù)帶頭人、生產(chǎn)技術(shù)骨干等各類人才近100名；建立了國家糖工程技術(shù)研究中心、低聚糖研發(fā)（檢測）中心、功能糖產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，為行業(yè)持續(xù)發(fā)展提供智力支持。 間接經(jīng)濟(jì)效益：本項(xiàng)目精制技術(shù)在山東綠健等公司獲得推廣應(yīng)用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益近1億元；生產(chǎn)的低聚糖產(chǎn)品在國內(nèi)外食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域30余家大型企業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用，提高了相關(guān)產(chǎn)品的附加值，帶動了終端產(chǎn)品的銷售收入，滿足了下游產(chǎn)業(yè)對低聚糖產(chǎn)品的需求，壯大了營養(yǎng)健康產(chǎn)業(yè)規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益顯著。5

7、、曾獲國家獎勵情況（1）2012年山東省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎；（2）2013年中國輕工業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步獎三等獎。6、知識產(chǎn)權(quán)情況知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱國家（地區(qū)）授權(quán)號授權(quán)日期證書編號權(quán)利人發(fā)明人發(fā)明專利轉(zhuǎn)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(qiáng)、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(xué)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(zhuǎn)糖基-半乳糖苷酶產(chǎn)生菌的方法中國zl

8、200510044096.22008.05.02323014山東大學(xué)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(qiáng)、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(qiáng)、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(xì)胞中國zl 200710121922.82013.04.101171473中國科學(xué)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(zhuǎn)糖基-半乳糖苷酶基因中國zl 200510044897.92008.02.20379795山東大學(xué)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(chǎn)低聚半乳糖的方法中國zl 200810157830.x2011.05.04771973山東大學(xué)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(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司母智深、張剛、張冬潔發(fā)明專利一種含有復(fù)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(xué)院李丕武、王騰飛、王瑞明、孫紅梅7、主要完

10、成人及貢獻(xiàn)（1）馬延和，研究員，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)1中，獲得了具有優(yōu)良低聚糖生產(chǎn)性狀的堿性甘露聚糖、高溫葡萄糖苷酶等；創(chuàng)新點(diǎn)2中，實(shí)現(xiàn)了低聚甘露糖的高濃度轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新點(diǎn)3中，低聚糖甘露功能評價、應(yīng)用技術(shù)體系等。占本人工作總量的60%以上。（2）肖敏，教授，山東大學(xué)。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)1中，建立了一種轉(zhuǎn)糖基-半乳糖苷酶產(chǎn)生菌的篩選方法，篩選獲得多種產(chǎn)新型半乳糖苷酶菌種，建立了快速制備轉(zhuǎn)糖基-半乳糖苷酶的方法；創(chuàng)新點(diǎn)2中，建立了酵母細(xì)胞表面展示固定化酶的連續(xù)轉(zhuǎn)化工藝；創(chuàng)新點(diǎn)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(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)1中，篩選獲得了低聚果糖高產(chǎn)菌株，建立了果糖轉(zhuǎn)移酶高效制備工藝；創(chuàng)新點(diǎn)2中，建立了轉(zhuǎn)葡萄糖甘酶、果糖基轉(zhuǎn)移酶等固定化新技術(shù)；創(chuàng)新點(diǎn)3中，參與了低聚糖的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)研究。占本人工作量的60%以上。（4）母智深，副教授，內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)3中，重點(diǎn)負(fù)責(zé)低聚糖在乳制品中的應(yīng)用技術(shù)技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化。占本人工作量的60%。（5）王乃強(qiáng)，高級工程師，保齡寶生物股份有限公司。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)1中，進(jìn)行了產(chǎn)轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶、半乳糖苷酶等產(chǎn)酶菌株篩選和發(fā)酵工藝研究；創(chuàng)

12、新點(diǎn)2中，進(jìn)行了低聚糖用酶的固定化技術(shù)和產(chǎn)品精制技術(shù)研究；創(chuàng)新點(diǎn)3中，進(jìn)行了低聚糖理化性質(zhì)研究，制定了低聚糖國家標(biāo)準(zhǔn)。占本人工作量的75%。（6）周成，助理研究員，中國科學(xué)院微生物研究所。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)1中，篩選獲得了高產(chǎn)-葡萄糖苷酶的特異性菌株，對菌株和產(chǎn)酶特性進(jìn)行了研究，參與了新型堿性耐熱甘露聚糖酶生產(chǎn)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(xué)。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)： 創(chuàng)新點(diǎn)1中，研究了-低聚半乳糖苷酶酶學(xué)性質(zhì)，并利用現(xiàn)代微生物技術(shù)篩選了產(chǎn)-低聚半乳糖苷酶斜臥青霉菌株，并優(yōu)化了產(chǎn)酶條件；創(chuàng)新點(diǎn)3中，探討了益生菌利用-低聚半乳糖的機(jī)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(xué)。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)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(chǎn)菌株；創(chuàng)新點(diǎn)2中，協(xié)助完成了酵母細(xì)胞表面展示固定化酶的連續(xù)轉(zhuǎn)化工藝研究。占本人工作總量的75%。（9）陳 云，工程師，內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司。對本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)1中，完成了低聚半乳糖用酶發(fā)酵工藝研究；創(chuàng)新點(diǎn)3中，低聚糖在乳品中應(yīng)用技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)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(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：創(chuàng)新點(diǎn)2中，低聚糖的工業(yè)規(guī)模精制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高純度低聚糖

14、的高效、低耗生產(chǎn)。占本人工作總量的50%。8、主要完成單位及貢獻(xiàn)（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(dǎo)的國家級重點(diǎn)高新技術(shù)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(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)1、2、3做出了貢獻(xiàn)：（1）篩選獲得了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖高產(chǎn)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(jìn)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(shù)，實(shí)現(xiàn)了低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖的規(guī)?；a(chǎn)；（3）進(jìn)行了低聚糖應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域進(jìn)行產(chǎn)品

15、推廣。實(shí)現(xiàn)了可觀的經(jīng)濟(jì)社會效益。（2）山東大學(xué)山東大學(xué)國家糖工程技術(shù)研究中心對本項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)1、2、4做出了貢獻(xiàn)。建立了一種轉(zhuǎn)糖基-半乳糖苷酶產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)糖基-半乳糖苷酶的方法，研究了各種新型半乳糖苷酶的轉(zhuǎn)糖基活性及低聚半乳糖合成特性；利用酵母細(xì)胞表面展示方法建立了兩種新型固定化酶的技術(shù)策略，并建立了與之相關(guān)的連續(xù)酶轉(zhuǎn)化生產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司（簡稱蒙牛乳業(yè)集團(tuán)），是以乳制品為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化國家重點(diǎn)龍頭企業(yè)，年生產(chǎn)能力達(dá) 500 萬噸。蒙牛乳業(yè)對本項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)3做出了貢獻(xiàn)，針對低聚糖在乳制品行業(yè)中應(yīng)用技術(shù)進(jìn)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(chǎn)品，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。（4）中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所是國內(nèi)唯一一家工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域整建制研究所，建有工業(yè)酶國家工程實(shí)驗(yàn)室，

17、在工業(yè)酶的開發(fā)和應(yīng)用方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)和良好技術(shù)平臺。在本項(xiàng)目中對創(chuàng)新點(diǎn)1、2做出了貢獻(xiàn)。主要表現(xiàn)在：（1）利用現(xiàn)代生物技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)了耐高溫的-葡萄糖苷酶及堿性甘露聚糖酶生產(chǎn)菌株，為低聚糖生產(chǎn)用酶的挖掘奠定了基礎(chǔ)；（2）成功構(gòu)建了堿性甘露聚糖酶高表達(dá)菌株，從而實(shí)現(xiàn)了甘露聚糖酶的成功生產(chǎn)制備，并在產(chǎn)業(yè)化中得到推廣，從而為半乳甘露寡糖的酶法生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；（3）在低聚甘露糖生產(chǎn)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(lián)用工藝，實(shí)現(xiàn)了10%以上的高濃度底物轉(zhuǎn)化，有效降低了生產(chǎn)成本。（5）中國科學(xué)院微生物研究所中國科學(xué)院微生物研究所是國內(nèi)具有雄厚基礎(chǔ)和廣泛影響力的綜合性微生物學(xué)研究機(jī)構(gòu)，在微生物技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)，在本項(xiàng)目中對創(chuàng)新點(diǎn)1做出了貢獻(xiàn)，主要表現(xiàn)在：（1）從極端環(huán)境中篩選到多株產(chǎn)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(chǎn)功能的新型耐熱-葡萄糖苷酶基因；（2）表達(dá)并進(jìn)行了-葡萄糖苷酶特性分析，確定了產(chǎn)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(chǎn)奠定了基礎(chǔ)；（3）通過分子改造技術(shù)，提高了-葡萄