1、项目名称：低聚糖酶法生产与应用的关键技术及其产业化

1、1、项目名称：低聚糖酶法生产与应用的关键技术及其产业化2、主要完成人：马延和、肖 敏、刘宗利、母智深、王乃强、周 成、王瑞明、卢丽丽、陈 云、胥九兵3、主要完成单位：保龄宝生物股份有限公司、山东大学、内蒙古蒙牛乳业（集团）有限公司、中国科学院天津工业生物技术研究所、中国科学院微生物研究所、齐鲁工业大学4、项目简介非消化性低聚糖具有抵御肠道致病菌感染、维持肠道微生态平衡、增强机体免疫力等重要功能，广泛应用于食品、医药、农业等领域，是生物产业的重大品种，国际上发展迅猛。我国低聚糖用酶依赖进口，酶法转化与精制技术落后，生产成本高，产品纯度低，应用开发不足，产业发展缓慢，缺乏国际竞争力。本项目历经7年

2、，在国家科技项目持续资助下，解决了三个方面的关键问题：国产化了高性能低聚糖用酶；创新集成了酶法生产与产品精制技术；建立了低聚糖功能评价与应用体系。构建了国际先进的低聚糖酶法生物制造技术体系，打破了国外垄断，实现了千吨至万吨级低聚糖酶法生产，推动了产业“从无到有、从小到大、从大到强”的跨越,拓展了低聚糖产业链。本项目主要技术创新如下：（1）研制了高性能低聚糖用酶，解决了低聚糖生产的核心关键问题，实现了酶的国产化。创新应用了酶定向筛选、分子优化等技术，针对不同低聚糖产品研制了特异性强、转化能力高、酶学性质与工业化生产匹配的高性能低聚糖用酶；建立了2050m的工业制备系统，高效生产了4种低聚糖用酶，

3、酶催化能力优于国内外报道水平，为我国低聚糖自主、高效生产奠定了坚实的核心基础。（2）创新发展了酶法生产与产品精制新技术，实现了高纯度及固粉型低聚糖系列产品的低成本生产，增强了国产低聚糖的国际竞争力。建立和发展了孔径、孔隙率可控的peg造孔固定化酶新技术和酵母表面展示酶新技术，实现了转化工艺的连续、稳定、低成本运行，吨产品酶成本较游离酶降低了300400元，生产效率提高30%以上；创新提出了糖链定向加工技术理论，建立了物理降粘-酶法降解联用新工艺，实现了10%魔芋粉高效转化生产低聚甘露糖；开发了低聚糖模拟移动床色谱分离和带式真空低温连续干燥技术，实现了95%以上高纯度及固粉型低聚糖的高效、低耗生

4、产，产品质量达到或超过国内外水平，填补了国内空白。（3）开发了低聚糖产品系列应用技术，解决了低聚糖应用开发不足及使用方式不规范的问题，拓展了低聚糖的产业链和市场空间。建立了4种低聚糖产品特性、功能评价及产品应用技术体系，申报并获批了低聚糖新食品原料、饲料和饲料添加剂新产品各1项，开发了90余种低聚糖在食品、医药、农业等领域的新产品方案，拓展了低聚糖应用领域。4、项目推广应用情况、经济、社会效益推广应用情况：项目研发的技术和产品在保龄宝生物股份有限公司、内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司实现产业化，取得经济效益206亿元；科技成果在山东绿健生物技术有限公司、成都永安缘和生物科技有限公司等多家公司

5、推广应用，均取得良好效果，具有显著的的经济效益和社会效益。社会效益：第一，丰富了低聚糖产业的产品种类，提高了低聚糖的产品质量，推动了生产过程的节能减排，节约了生产成本，对产业的可持续发展具有重要的现实意义；第二，提升了我国低聚糖产业的科学技术水平，增强了低聚糖的国际竞争力，提升了国际影响力，使得我国高纯度低聚糖生产与应用技术达到国际先进水平，为我国低聚糖产品走向国际市场奠定了坚实的基础。第三，项目加快了低聚糖产品在食品、医药、农业等领域的推广应用，推动了“功能食品大众化，大众食品功能化”的健康理念，对预防亚健康、提高公众营养健康水平发挥了积极作用，推动了国内无抗生素的替代养殖模式的健康发展。第

6、四，实现了玉米、甘蔗、魔芋等低值生物质增值25倍，延长了农产品产业链和深加工水平，增加了农民收入。第五，通过项目研究和产业化实施，培养博士8名、硕士12名、为企业培养学术带头人、生产技术骨干等各类人才近100名；建立了国家糖工程技术研究中心、低聚糖研发（检测）中心、功能糖产业技术创新战略联盟，为行业持续发展提供智力支持。 间接经济效益：本项目精制技术在山东绿健等公司获得推广应用，创造经济效益近1亿元；生产的低聚糖产品在国内外食品、医药等领域30余家大型企业获得了广泛应用，提高了相关产品的附加值，带动了终端产品的销售收入，满足了下游产业对低聚糖产品的需求，壮大了营养健康产业规模，经济效益显著。5

7、、曾获国家奖励情况（1）2012年山东省科学技术进步奖一等奖；（2）2013年中国轻工业联合会科技进步奖三等奖。6、知识产权情况知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利转葡萄糖甘酶及其制备和固定化方法中国zl 201110254748.02013.11.061302205保龄宝生物股份有限公司刘宗利、王乃强、袁卫涛、王彩梅、李方华发明专利一种制备-甘露聚糖酶的方法及专用菌株中国zl 2010102971352013.08.071249983中国科学院微生物研究所马延和、朱泰承、游丽金、李寅、薛燕芬发明专利一种筛选转糖基-半乳糖苷酶产生菌的方法中国zl

8、200510044096.22008.05.02323014山东大学肖敏、卢丽丽发明专利一种小麦淀粉制备高纯度低聚异麦芽糖的方法中国zl 201210016932.62013.11.061301890保龄宝生物股份有限公司刘宗利、王乃强、王彩梅、王明珠、李方华发明专利一种淀粉糖的干燥制备方法中国zl 201010128159.32013.02.131138596保龄宝生物股份有限公司刘宗利、王乃强、袁卫涛、邵先豹、王彩梅发明专利-葡萄糖苷酶及其基因和制备方法以及载体和宿主细胞中国zl 200710121922.82013.04.101171473中国科学院微生物研究所马延和、周成、薛燕芬发明专

9、利一种高效转糖基-半乳糖苷酶基因中国zl 200510044897.92008.02.20379795山东大学肖敏、卢丽丽发明专利一种循环利用重组酿酒酵母生产低聚半乳糖的方法中国zl 200810157830.x2011.05.04771973山东大学肖敏、李玉梅、卢丽丽发明专利一种含益生元的液态奶中国zl 200710100235.82009.12.23469953内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司母智深、张刚、张冬洁发明专利一种含有复合益生素的饲料添加剂及其制备方法中国zl 201110435455.22012.11.281093481山东轻工业学院李丕武、王腾飞、王瑞明、孙红梅7、主要完

10、成人及贡献（1）马延和，研究员，中国科学院天津工业生物技术研究所。对本项目技术创造性贡献：创新点1中，获得了具有优良低聚糖生产性状的碱性甘露聚糖、高温葡萄糖苷酶等；创新点2中，实现了低聚甘露糖的高浓度转化，创新点3中，低聚糖甘露功能评价、应用技术体系等。占本人工作总量的60%以上。（2）肖敏，教授，山东大学。对本项目技术创造性贡献：创新点1中，建立了一种转糖基-半乳糖苷酶产生菌的筛选方法，筛选获得多种产新型半乳糖苷酶菌种，建立了快速制备转糖基-半乳糖苷酶的方法；创新点2中，建立了酵母细胞表面展示固定化酶的连续转化工艺；创新点3中，研发了一种含低聚半乳糖的低乳糖乳清粉的制备方法。占本人工作总量的

11、60%以上。（3）刘宗利，研究员，保龄宝生物股份有限公司。对本项目技术创造性贡献：创新点1中，筛选获得了低聚果糖高产菌株，建立了果糖转移酶高效制备工艺；创新点2中，建立了转葡萄糖甘酶、果糖基转移酶等固定化新技术；创新点3中，参与了低聚糖的应用开发技术研究。占本人工作量的60%以上。（4）母智深，副教授，内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司。对本项目技术创造性贡献：创新点3中，重点负责低聚糖在乳制品中的应用技术技术研究及产业化。占本人工作量的60%。（5）王乃强，高级工程师，保龄宝生物股份有限公司。对本项目技术创造性贡献：创新点1中，进行了产转葡萄糖苷酶、半乳糖苷酶等产酶菌株筛选和发酵工艺研究；创

12、新点2中，进行了低聚糖用酶的固定化技术和产品精制技术研究；创新点3中，进行了低聚糖理化性质研究，制定了低聚糖国家标准。占本人工作量的75%。（6）周成，助理研究员，中国科学院微生物研究所。对本项目技术创造性贡献：创新点1中，筛选获得了高产-葡萄糖苷酶的特异性菌株，对菌株和产酶特性进行了研究，参与了新型碱性耐热甘露聚糖酶生产寡糖特性的表征和分析。占本人工作总量的65%以上。（7）王瑞明，教授，齐鲁工业大学。对本项目技术创造性贡献： 创新点1中，研究了-低聚半乳糖苷酶酶学性质，并利用现代微生物技术筛选了产-低聚半乳糖苷酶斜卧青霉菌株，并优化了产酶条件；创新点3中，探讨了益生菌利用-低聚半乳糖的机制

13、，研发了饲料益生菌剂。占本人工作量的65%。（8）卢丽丽，副教授，山东大学。对本项目技术创造性贡献：创新点1中，建立了低聚半乳糖的筛选方法，获得了多株低聚半乳糖用酶生产菌株；创新点2中，协助完成了酵母细胞表面展示固定化酶的连续转化工艺研究。占本人工作总量的75%。（9）陈 云，工程师，内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司。对本项目技术创造性贡献：创新点1中，完成了低聚半乳糖用酶发酵工艺研究；创新点3中，低聚糖在乳品中应用技术开发与产业化。占本人工作总量的70%以上。（10）胥九兵，助理研究员，保龄宝生物股份有限公司。对本项目技术创造性贡献：创新点2中，低聚糖的工业规模精制技术，实现了高纯度低聚糖

14、的高效、低耗生产。占本人工作总量的50%。8、主要完成单位及贡献（1）保龄宝生物股份有限公司保龄宝生物股份有限公司是以生物工程为主导的国家级重点高新技术企业，中国功能糖城核心企业，我国功能糖行业首家上市公司。保龄宝公司对本项目的创新点1、2、3做出了贡献：（1）筛选获得了具有自主知识产权的低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖高产菌株，完成低聚糖用酶的高效制备；（2）对低聚异麦芽糖、低聚果糖进行了固定化研究，集成创新了“自控离交、纳滤、模拟移动床色谱分离、浓缩、干燥” 一体化技术，实现了低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖的规模化生产；（3）进行了低聚糖应用技术开发，在食品、医药、农业等领域进行产品

15、推广。实现了可观的经济社会效益。（2）山东大学山东大学国家糖工程技术研究中心对本项目创新点1、2、4做出了贡献。建立了一种转糖基-半乳糖苷酶产生菌的筛选方法，从自然界筛选获得芽孢杆菌、乳酸杆菌、青霉菌等产新型半乳糖苷酶微生物菌种，并获得5种新型半乳糖苷酶基因；建立了简便、快速，成本低的制备转糖基-半乳糖苷酶的方法，研究了各种新型半乳糖苷酶的转糖基活性及低聚半乳糖合成特性；利用酵母细胞表面展示方法建立了两种新型固定化酶的技术策略，并建立了与之相关的连续酶转化生产低聚半乳糖工艺；利用微生物的选择性代谢糖类分子特性，筛选了不同的酵母菌种，建立了利用固定化酵母去除低聚半乳糖转化体系中单糖组分，或利用固

16、定化酵母去除低聚半乳糖转化体系中单糖和双糖包括乳糖组分的方法，生物纯化获得含量为97%的高纯度低聚半乳糖。（3）内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司（简称蒙牛乳业集团），是以乳制品为主导产业的农业产业化国家重点龙头企业，年生产能力达 500 万吨。蒙牛乳业对本项目创新点3做出了贡献，针对低聚糖在乳制品行业中应用技术进行了深入研究，相继开发了特渠、儿童奶、乳饮料、酸牛奶、欧世蒙牛等5个系列60余种新产品，取得了显著的经济效益。（4）中国科学院天津工业生物技术研究所中国科学院天津工业生物技术研究所是国内唯一一家工业生物技术领域整建制研究所，建有工业酶国家工程实验室，

17、在工业酶的开发和应用方面具有丰富经验和良好技术平台。在本项目中对创新点1、2做出了贡献。主要表现在：（1）利用现代生物技术手段，发现了耐高温的-葡萄糖苷酶及碱性甘露聚糖酶生产菌株，为低聚糖生产用酶的挖掘奠定了基础；（2）成功构建了碱性甘露聚糖酶高表达菌株，从而实现了甘露聚糖酶的成功生产制备，并在产业化中得到推广，从而为半乳甘露寡糖的酶法生产奠定了技术基础；（3）在低聚甘露糖生产中建立并优化了高粘度底物的物理降粘及酶法降解的联用工艺，实现了10%以上的高浓度底物转化，有效降低了生产成本。（5）中国科学院微生物研究所中国科学院微生物研究所是国内具有雄厚基础和广泛影响力的综合性微生物学研究机构，在微生物技术的基础和应用研究方面具有丰富经验，在本项目中对创新点1做出了贡献，主要表现在：（1）从极端环境中筛选到多株产耐高温-葡萄糖苷酶菌株，并克隆获得了2个具有特异性低聚异麦芽寡糖生产功能的新型耐热-葡萄糖苷酶基因；（2）表达并进行了-葡萄糖苷酶特性分析，确定了产生的低聚异麦芽寡糖成份，为低聚异麦芽糖的高效酶法生产奠定了基础；（3）通过分子改造技术，提高了-葡萄