木聚糖酶在工业上的应用
真菌中的木聚糖酶:性能及其在工业上的应用
摘要：木聚糖是半纤维素的主要类型。这是一个由木二糖通过1,4位糖苷键连接的线性聚合物。在自然界中，多糖的分子骨干可以被4-O-甲基-α-D-吡喃葡糖醛酸、乙酰基、α-L-阿拉伯呋喃糖基等比例添加。木聚糖的水解主要是酶的复合物承担，但主要参与的酶是内切β-1，4-D-木聚糖酶和β-D-木糖苷。这些酶可由真菌、细菌、酵母、海洋藻类、原生动物、蜗牛、甲壳类动物、昆虫、种子等产生,但是主要商业来源是丝状真菌。最近,有很多工业对木聚糖及其其水解酶感兴趣,主要是其可用于补充动物饲料、生产面包、食物和饮料、纺织品、纤维素纸浆的漂白、乙醇和木糖醇的生产。本文描述了一些木聚糖的特性和它的新陈代谢,木聚糖酶的生化特性以及其商业应用。
一、木聚糖结构
阿拉伯木聚糖已确定在小麦、黑麦、大麦、燕麦、大米、高粱、以及其他一些植物中发现，如：盘固草、竹笋和黑麦草。尽管这些多糖是次要部分对于的整体的谷物,但它们是构成植物细胞壁的重要组成部分(Izydorczyk和Biliaderis 1995)。葡糖醛酸和葡糖苷酸阿拉伯木聚糖主要位于二层膜结构中，他是一种粘合剂，使非共价键结构与木质素、纤维素和其他聚合物形成一种共价键而粘合，对细胞壁的完整性起到至关重要作用。木聚糖在被子植物中是半纤维素的主要类贡献者，占总干重的15-30%,但在裸子植物中木聚糖的含量会少点，含有7- 12%(Haltrich 1996年)。
图1 O-乙酰基-4-O-甲基葡糖醛酸(a),硬木和阿拉伯-4-O-甲基葡糖醛酸(b),柔软木头的结构。木聚糖酶参与分解木聚糖的有:乙酰酯酶、α-葡萄糖醛酸酶、切木聚糖酶和α-L-阿拉伯呋喃。β-木糖苷酶(c)实现了水解；数据显示碳原子被Ac乙酰基群替换
葡糖醛酸是由β-D-吡喃木糖基组成的线性聚合物，通过（1-4)糖苷骨干(木糖) 单位联系在一起，如图1中所示。这种多糖骨干由4-O-甲基-α-D-吡喃葡糖醛酸单位、D-葡萄糖醛酸单位在位置4甲基化,和位置2或3被β-D-吡喃木糖基插入。被子植物(硬)中的葡糖醛酸在乙酰基上的替换率也很高(70-80%),主要是位置2和3上由β-D-吡喃木糖基替换,这也使得木聚糖可以部分溶解在水中(考夫兰和Hazlewood 1993)。
葡糖苷酸阿拉伯木聚糖通常在软木中被发现，他们都有相同的木聚糖骨干，但是每一个当中的由十个β-D-吡喃木糖基组成的单位结构会有由α-L-阿拉伯呋喃糖基代替(图1 b)。软木比硬木具有较高含量的4-O-甲基-α-D-吡喃葡糖醛酸单位。这些木聚糖并不是被乙酰化,而是因为他们的呋喃糖苷结构,使得树胶醛醣的边部分很容易被酸水解。从这以后，以后我们提到的葡糖醛酸和葡糖苷酸阿拉伯木聚糖都被认为是木聚糖(Antranikian 1997)。
二、木聚糖复合物
木聚糖酶的主要作用是催化水解木聚糖。这些酶主要是来自由微生物，他们参与植物细胞壁的分解,以及与其他酶水解多糖,并可以在一些种子萌发时消化木聚糖(例如在用大麦谷物生产啤酒的时候)。木聚糖酶也可以在海洋藻类、原生动物、甲壳类动物、昆虫、蜗牛和陆地植物的种子中找到(Antranikian 1997)。在微生物来源中,丝状真菌会把这些酶分泌到介子中，并且相比在酵母和细菌中，它的产酶水平非常高。木聚糖酶基因已经被人类从微生物的各种属中提取得到，并且已大肠杆菌中表达。在细菌中的木聚糖酶，不仅是生产中活动水平低于真菌的,也限制在细胞内或周质中。此外,酶在细菌中表达并不仅仅是通过转译修饰,如糖基化。Kulkarni和Horikoshi 在关于大肠杆菌中的木聚糖酶细胞外重组体的报告中提到：表达基因来自于嗜碱气单胞菌属、芽孢杆菌物种、嗜碱和嗜热芽孢杆菌物种。异源表达的基因xynA，编码来自芽孢杆菌的内切木聚糖，在酵母酿酒中的酵母中，也被描述(Nuyenset2001年)。在真菌中,能克隆和表达内切木聚糖酶的基因，可以在木霉属里氏木霉和曲霉菌在酵母川地得到(Dalboge 1997)。
由于其异质结构,木聚糖的降解不仅需要一个酶,而是一种复杂的酶系。该系统的组成部分目前被最广泛研究的是内切木聚糖和β-木糖苷酶。阿魏酸酯酶、香豆酸酯酶、酯酶和α-葡萄糖苷酸酶在1980年代末才被发现,可能是因为获得合适的底物非常困难。这些酶广泛存在真菌和细菌,但直到现在很少被净化和分
析从物理和化学属性。这些酶将在以下给出描述。
三、木聚糖酶
1、内切-1,4-β-木聚糖酶
内切-1,4-β-木聚糖酶(1、4-β-D-木聚糖木聚糖水解酶;EC 3.2.1.8)在木聚糖的骨干上劈开糖苷结构,用来减少酶作用物的聚合度(图1 b)。对于木聚糖的分解不是随机的,但是对水解的结构选择主要依赖于自然底物分子,如链长,分支,取代基的存在(普尔斯2000年)。最初,主要水解产品是β-D-吡喃木糖基寡聚物,但是在稍后的阶段,小分子,如一位、二位或三位的β-D-吡喃木糖基也可能会生产。由木聚糖内切酶水解木聚糖的化学方程式可能写成如下:
H(C5H804)n OH +H2O==>H (C5H8O4 )n-p OH +H(C5H804)p OH
这个方程显示的都是单位化学计量水解一个木聚糖分子的事件;这样的反应会发生在许多链条上.
木聚糖内切酶已经被不同的分类方法分类。黄等人(1988)根据其反应的产物把他们分成两种类型:①非脱支酶，它是不水解3-α-L-阿拉伯呋喃糖基的分支点的阿拉伯木聚糖,因此也不分解阿拉伯糖；①脱支酶，主要水解分支体系和水解阿拉伯糖。这些类型分别被发现在真菌的物种中。然而,一些真菌能生产两种类型的木聚糖酶,这样就能更有效的水解木聚糖。黄等人(1988)提出一些在微生物内的木聚糖内切酶与他们的物理化学性质之间的对应关系,如分子量(MW)和等电点(pI)。他们被分成两组:基本的酶,MW< 30 kDa,和木聚糖内切酶,MW > 30 kDa。在这应该强调,这个关系只适用于大约70%的情况下,对于许多明确的木聚糖内切酶却是相反。其他不同的分类方法,由Torronen Henrissat、Bairoch(1993)及Rouvinen(1997)提出的糖苷酶,,将在稍后描述。
一般来说,木聚糖内切酶在温度为40-80°C,以及pH值4.0和6.5之间最活跃，但这些最优范围以外的条件也已经被发现(表1、2),不同的真菌和细菌可以产生多样的木聚糖内切酶;在某些情况下经过单一培养可以分离三个或更多酶活性(Rizzatti2004年)。许多因素可以用来检测木聚糖内切酶的各种形式。这些包括有mR NA的微处理,转录后修饰,如糖基化和自聚集，蛋白水解消化等。多种木聚糖内切酶可以表达不同等位基因,甚至可以表达完全独立的基因（查韦斯2002年)。
表1不同微生物产生的一些木聚糖酶的特性
2、β-D-木糖苷酶
β-D-木糖苷酶(β-1，4-木聚糖酶;EC 3.2.1.37)可根据它们的相对亲和力分为木二糖和较大的低聚木糖。低聚木糖酶和外-14-β-木聚糖酶可以认为是不同的实体,Biely提出(1985,1985),但它们都将被视为木糖苷酶,从非还原性末端水解低聚木糖和木二糖,释放β-D-吡喃木糖(图1 c)。纯化β-木糖苷酶通常不水解木聚糖;他们最好的底物是木二糖，他们与低聚木糖的亲和力是和其聚合度成反比的。他们能够分解断开人工基质，如对硝基苯-和o-硝基苯-β-D-吡喃木糖苷。反式低聚木糖活动也已在真菌中发现,从而导致其基片的分质量比以前高很多(Kurakabe 1997年)。对于β-D-木糖苷酶，木聚糖酶在木聚糖经过一系列的水解之后发挥一个很重要的作用。这种反应导致β-D-吡喃木糖苷短低聚物聚物的积累,这可能会抑制内切木聚糖酶。接着β-木糖苷能够水解这些物质，这也是去除抑制作用的原因,并提高了木聚糖水解效率(安德拉德2004;Zanoelo2004)。对于原始的β-木糖苷酶,往往被保留在真菌菌丝体内,只能在细胞提取物或在生长培养基(细胞外)发现提取。例如,从腐质霉变种(阿尔梅达1995年) 中提取-木糖苷酶.和曲霉菌海枣(Rizzattiet 2001年)的纯化,分别从细胞中和培养基提取。它们由细菌和酵母产生，然而主要与细胞有关。真菌中的β-木糖苷酶往往是单体的糖蛋白,但一些已报告
中指出有两个或三个子单元组成(Antranikian 1997)。通常这些蛋白质有相对较高的分子量,在60-360kDa。虽然它们的最适条件pH值十分广泛,但大多数都在4.0和5.0之间。最适温度可以从40到80°C不同,但大多数的β-木糖苷酶给出的最适温度在60°C。他们的热稳定性高，并且随着有机体的不同而发生改变。一个很好的例子,一个来自曲霉菌海枣的稳定酶, 在60°C条件下培养4小时或在室温下培养21天仍能够保持活性(Rizzatti 2001年)。
3、乙酰酯酶
乙酰酯酶(EC 3.1.1.6)删除O-乙酰基从β-D-吡喃木糖的位置2或3，并且能够去除在木聚糖上残留的乙酰基(图1)。这种酶很晚才被发现,很可能是由于碱性萃取经常采用高度乙酰化的木聚糖，就像在硬木中一样, 木聚糖经常被剥去乙酰(Caufrier2003)。乙酰起到了很重要的角色在水解木聚糖中,因为乙酰基的支链可以影响到酶，如通过消除位阻打开主链, 从而促进了对内切木聚糖的作用。
表2由微生物产生商业木聚糖酶
4、阿拉伯糖酶
阿拉伯糖主要是在β-D-吡喃木糖的位置2和3上删除L-阿拉伯糖的残留代替物。有两个不同类型的的行动模式:（1）外-α-L-阿拉伯呋喃(EC 3.2.1.55)：主
（2）内-1 5-α-L-阿拉伯糖(EC 要降解p-硝基苯-α-L-阿糖和肢解阿拉伯聚糖(图1 b)；
3.2.1.99):水解线性阿拉伯聚糖(Kaneko2000年)。到目前为止大多数阿拉伯糖的调查是关于此种类型的。
5、α-葡萄糖醛酸酶
α-葡萄糖醛酸酶(EC 3.2.1. )主要被发现在葡糖醛酸骨干单位中，水解葡萄糖醛酸残留物和β-D-吡喃木糖之间的骨干连接(图1)。一些微生物只有在短葡糖醛酸基质的存在下才表现出他们的最大活性。然而,底物特异性随微生物源的不同而变化,有些葡萄糖醛酸酶能够水解完整的聚合物(普尔斯2000)。乙酰基接近葡萄糖醛酸取代基可以部分阻碍α-葡萄糖醛酸酶活动，也被指出。
6、阿魏酸酯酶(EC 3.1.1. -)和p-香豆酸酯酶
阿魏酸酯酶(EC 3.1.1. -)和p-香豆酸酯酶(EC 3.1.1.)裂开木聚糖的骨干连接;第一个把阿拉伯糖和阿魏酸侧基之间劈开,而第二个阿拉伯糖在威廉森和p-香豆酸之间劈开(Christov 2004年)。
四、在木聚糖复合体上的酶协同作用
木聚糖降解酶的协同和共同作用使得内切木聚糖攻击杂聚木聚糖的易感性增强(德弗里斯2000年)。因此,添加乙酰酯酶到木聚糖中,导致的结果是醋酸的释放和乙酰化木聚糖的减少,这样就更好的提供了内切木聚糖酶的水解。另一方面, 由内切木聚糖酶产生的小乙酰化聚合物,是酯酶的首选底物。复杂的基质，如麦麸,含有很大量的阿糖基木聚糖,如内切木聚糖酶事先没有接受α-阿拉伯呋喃的处理将不能轻易被内切木聚糖分解。这种酶,与内切木聚糖协同作用,使阿糖基木聚糖的糖化被提高。正如上述,β-木糖苷酶可能负责删除低聚木糖, 抑制木聚糖酶的产物,允许木聚糖被更有效的水解。因此,生物技术的目的，理想的微生物将会产生一个足够数量的复杂的木聚糖酶酶系。
在细菌中，术语―纤维素酶‖已经被定义为酶的配合物,在不同的物种间，他们之间通过细胞膜相互联系在一起(Kosugi2004)。纤维素酶是一个实体,可以降解粘附细菌的纤维素,在聚合物基质中可以提供一种更有效的攻击。以此类推,―一些木聚糖‖这个词应用于观察许多的子单元蛋白质总量的结构。这些配合物有一个非常高的相对分子质量(500-600kDa),可以包含十多个蛋白质在木聚糖活动中,其
中一些是内切木聚糖。在一些微生物,纤维素酶可能与一些木聚糖酶相关联,形成配合物负责纤维素和木聚糖的水解(Antranikian 1997)。
五、木聚糖酶嗜中温、高温来源
利用微生物来研究木聚糖或酶系统,生态和经济条件变得越来越相关。木聚糖酶是由嗜温菌和嗜热微生物合成。嗜中温菌,曲霉菌属和木霉属是在木聚糖酶的生产中首先产生的。近年来,很多研究已经放在单个高温菌上，甚至是极端型微生物,因为他们生产酶十分稳定(Niehaus2003年)。目前嗜热真菌包括毛壳菌属，特异腐质霉,胎毛腐植腐菌,黑色素腕骨白霉素,宛氏拟青霉,篮状菌属二极管丝衣霉,埃默森踝节菌属,细毛嗜热霉和嗜热子囊菌。这些真菌中的木聚糖酶的最佳温度是60 - 80°C，并且在这个区间内是非常稳定的。这些酶通常是由糖蛋白组成，大多数的活性在pH值为(4.5 - -6.5)时达到最高。他们存在着多种形式，且大多数分子量在6-38 kDa范围内。许多来自嗜热微生物的内切木聚糖在某种程度与嗜温菌的结构具有同源性。一些学者试图解释酶的耐热性，通过观察嗜热菌的酶，发现了特殊的二硫化物桥梁,一个N端脯氨酸残基，他会引起构象的自由的减少、盐桥和支链的疏水的减少(Turunen2001年)。Hakulinen描述了一些小的影响木聚糖酶的热稳定性的因素:(1)高的Ser比率;(2)带电残留物质数量的增加,特别是参数,导致增强极地交互;(3) 次要结构更加的稳定，包括更高的残留物β-链，α-螺旋地区的稳定。一些木聚糖酶通过在蛋白质表面压缩蛋白质结构或提高芳香的残留离子，来提高其稳定性,进而增强其交互性。然而,这并没有明确的结论,因为一个现象出现在一个微生物钟，很可能不会出现在另一个中。
六、木聚糖酶的生产
工业生产中木聚糖酶可利用液体培养基或固体基质培养。表1和2总结的数据是在不同的商业生产木聚糖酶培养形式,值得一提的是80-90%的木聚糖酶是在液体培养基上培养的。在固体基质上培养，麦麸和大米被认为是诱导物。替代基质在培养木聚糖酶的生产中也有被报道,如甘蔗的蔗渣、水稻壳和木浆(Kadowaki 2003年)。在液体培养基上培养时，木聚糖酶用来跟各种来源的木聚糖反应(戈麦斯2000)。β-D-吡喃木糖残留也可以作为木聚糖聚合物的诱导物(Ghosh2001),但在某些微生物这可能增加不同性质的控制,导致内切木聚糖降解阻遏(弗洛雷斯1996年)。另一个常被用作有效的诱导物化合物是β-甲基木糖苷,不可代谢结构模拟的木二糖，并且成本非常低(Morosoli1997)。木聚糖的感应系统是由其他的化
合物合成,如2-O-β-D-吡喃木糖、D-木糖(Xylβ1-2xyl)、3-O-β-D-吡喃木糖、D-木糖(Xylβ1-3Xyl)和2-O-β-D-吡喃葡糖基、D-木糖(Glcβ1-2Xyl)也被描述(Hrmova 1991年)。木二糖,一种同源双糖,是内-1，4-β-木聚糖酶的强大抗病诱导剂,但失败诱导降解纤维素复合体分解酶,内切-1,4-β-葡聚糖酶。相反的对于杂多糖
Glcβ1-2Xyl却是可行的。这种合成基质作为混合的诱导物,促进合成酶的配合物。这些研究结果显示合成纤维素酶和木聚糖酶的系统是相互独立的。
当微生物在含有木聚糖培养基上培养时，特定木聚糖酶将会合成,而在含有纤维素培养基上的微生物会生产纤维素酶但是需要木聚糖酶的协同,这也许是因为纤维素基质包含半纤维素。在纺织和造纸行业,最重要的是能够获得纤维素酶而无木聚糖酶,需要提取出其中的半纤维素,而没有破坏纤维素。多糖,比如木聚糖，在微生物能够引起的酶复合物活动(Biely 1985,1985)。这种效应在一段时间内曾被许多研究人员质疑,因为这些大分子无法与细胞内的取得联系，进而影响基因的表达。为了使木聚糖的感应酶发生,细胞的控制中心必须和诱导物有相对的接触;这表明一些识别物质存在细胞表面。木聚糖酶的原始结构,有相对较低水平的活动,应该负责最初的木聚糖水解,产生小β-D-吡喃木糖低聚糖木二糖和木三糖等,(Kulkarni 1985)。后来一些学者认为木二糖才是真正的切木聚糖酶合成诱导物(Haltrich1996年)。在β-木糖甙通透的帮助下(图2),这些低聚糖进入细胞,引发的表达木聚糖系统的基因。诱导细胞的透性酶活性在葡萄糖的存在下减少,但它在木聚糖诱导物存在情况下具有非常高效的活性。在丝状真菌,碳降解物由蛋白质克雷亚(转录抑制因子)阻遏(Dowzer 1994年)。
图2 该设方案下分解木聚糖复合体的酶有切木聚糖酶和β-木糖苷酶。
七、木聚糖酶的应用
近年来,使用纤维素和木聚糖酶生物技术显著增加(Bhat 2003年)。在商业生产相当重要的程序即木聚糖的降解最终产物是糠醛、木糖醇(Parajo1998)。木聚糖可以转化为β-D-吡喃木糖和两种类型的低聚糖水解物:酸或酶。酸水解往往是首选,因为它非常快,但伴随着有毒化合物的形成，可能会阻碍后续微生物发酵。此外,从长远来看,它会产生导致腐蚀的金属设备的酸。最近,一些工业企业对高效酶发展大感兴趣，想用来替代使用酸水解半纤维素材料。
木聚糖酶已经投入了工业生产,比如在日本、芬兰、德国、爱尔兰共和国、丹麦、加拿大和美国。为了获得这些酶所使用的微生物是黑曲霉,木霉属和特异腐质霉。一些商业木聚糖酶也可以从细菌中获得。木聚糖酶在1980年代开始使用:最初是在动物饲料,后来在食品、纺织和造纸行业。目前,木聚糖酶、纤维素酶及果胶酶,占世界酶市场的20%。表2总结了商业木聚糖酶的属性、来源和最终应用。
1.木聚糖酶在动物饲料
在农业上，酶在生产饲料中的使用是想当重要的,每年世界上大概生产超过6亿吨,相当于营业额超过50亿美元。被用于动物饲料的木聚糖酶有蛋白酶,葡聚糖酶、果胶酶、纤维素酶、淀粉酶、植酸酶、半乳糖苷酶和脂酶。这些酶能够分解饲料成分的阿拉伯糖木聚糖,减少原料的粘度(Twomey2003)。阿糖基木聚糖在谷物的细胞壁上发现，它对家禽的营养吸收有影响。如果这些物质以溶解态存在,他们可能会提高饲料的粘度,干扰了流动性和进而影响其他物质的吸收。如果向玉米和高粱饲料中添加木聚糖酶，玉米和高粱全是低粘性的食物,它可以改善营养物质在消化道上的吸收,导致一个更好的能量利用。其他酶的联合行动又可以产生更多的消化食物混合物。较小的家禽和猪产生内源性酶比成年的要少,所以食品补充剂含有外源酶，能够使他们更好的生长。此外,这种饲料可以减少动物粪便中多余的残留物(如磷、氮、铜和锌),这样在减少环境污染方面也是可行的。
2.制造面包,食物和饮料
木聚糖酶与α-淀粉酶、麦芽酶、淀粉酶、葡萄糖氧化酶和蛋白酶一起可以用于烘焙面包。像其他半纤维素酶,木聚糖酶在小麦粉中分解半纤维素、帮助水再分配,使面团更加柔软。他们在制作面包的过程中,延迟面包屑的形成,使生面
团膨胀。与木聚糖酶的共同使用,可以使面包吸收更多的水，进而改进发酵过程(Aguilar 2003)。此外,大量的阿拉伯低聚糖在面包中对健康是有益的。在饼干制作,木聚糖酶可以改善奶油饼晶片的纹理,竟而改善了适口性和均匀性。
果汁和葡萄酒行业为酶市场提供了很好的机会。水果和蔬菜生产果汁都需要提取方法清洁和稳定。在1930年代,当柑橘开始生产果汁时,产量低，并且由于其浊度，使其果汁存在过滤的问题。向水果里增加化学成分和微生物酶，可以用来解决这些问题。如今,通过利用木聚糖酶,纤维素酶淀粉酶果胶酶,使得这些行业有了很大的提升，如应用该方法后改进了水果和蔬菜汁的稳定性;减少了对香气、精油、维生素、矿物盐、食用染料、颜料等的使用,降低粘度,水解了阻碍清汁的物理或化学物质,或可能导致浑浊的物质。木聚糖酶,结合内切葡聚糖酶,参加阿糖基木聚糖和淀粉的水解,能使小麦面粉中的面筋分离。这种酶也用于咖啡豆粘液的生产(黄1993)。对于木聚糖酶能在食品行业中使用的优势是其高稳定性和最佳Ph值。
伴随着分子生物学技术的进步,木聚糖酶的其他用途的也被发现。最近,重组酵母酒曲霉菌构巢曲霉的木聚糖酶基因xlnA,使葡萄酒香气比传统工艺更明显(恒河1999年)。在啤酒的制造过程中，大麦细胞壁水解阿拉伯木聚糖释放的长链从而增加了啤酒的粘度渲染它―浑‖的亮相。因此,木聚糖酶水解阿拉伯糖木聚糖降低低聚糖，降低啤酒的粘度,因此消除浑浊的方面(Debyser 2002年)。
3.制药和化学应用
木聚糖酶和木聚糖很少被应用在制药行业。木聚糖酶有时与其他酶合成复合酶(半纤维素酶蛋白酶合其他)，可以作为一种膳食补充剂或用来治疗消化不良,但很少可以找到医药产品配方。
木聚糖水解产品,如β-D-吡喃木糖残留,可以转化为可燃液体(乙醇),溶剂和人工低热量的甜味剂。第一步是去除木质素中丰富的半纤维素,然后由木聚糖酶水解半纤维素酶β-D吡喃木糖等，生产糖单位。其次,产品发酵,主要由酵母菌(毕赤酵母属赤酵母和念珠菌休哈塔),在图3中列出，用于生产木糖醇或乙醇(Jeffries 2000)。当糖用于生产酒精,β-D-吡喃木糖残留达到5至20%。木糖醇是可与甜味剂媲美的蔗糖(Parajo1998年)。这是一个无糖的甜味剂,适合糖尿病和肥胖的人，可以用来预防骨质疏松症和呼吸道感染、脂质代谢紊乱、肾脏和肠胃外的病变。
各种各样的木糖醇商业产品,如嚼口香糖,可以在市场上找到。虽然木聚糖的酶水解是获得β-D-吡喃木糖单位的一个可行的方法，目前商业上木糖醇仍是通过化学催化大量生产。这被认为是一个高成本的过程,主要是因为木糖在最初几个步骤后必须净化。除此之外,化学反应经常会产生有毒副产品;事实上,在分解木质纤维材料时,除了释放糖,还可以形成其它衍生的葡萄糖（羟甲基），木糖的降解物（糠醛）和木质素（芳香和酚类化合物、醛）。从木质纤维素物质中解放出来结构,如醋酸和提取材料(如萜烯及其衍生品,卓酚酮和酚类醌类化合物如类黄酮、芪、木酚素和单宁),或从设备中得到的物质(铁、铬、镍和铜),可能会强有力的抑制微生物的活动。由此看来，在木糖醇生产、食品、制药和牙科行业中，一个更合适的技术发展更为迫切。
4.纺织品
木聚糖复合体可用于纺织工业，用来处理植物纤维,如黑森或亚麻布。对于这个目的,木聚糖酶降解纤维素的酶应该是可行的。通过木聚糖酶解放长茎纤维素纤维来培养干苎麻(中国草)的过程是完整的。使用这种方法后,就没有必要使用大量的漂白剂来漂白,因为木质素不会在进行氧化,从而导致变黑纤(Csiszaret2001年)。目前相对纺织纤维的酶制剂研究的不是太多,然而这似乎是一个前景广阔的市场，要求新技术的发展。
图3 由细菌和酵母通过木质纤维原料来生产乙醇和木糖醇的简化方案
5.纤维素纸浆和纸张
木聚糖酶在造纸工业中的应用主要是纤维素纸浆的漂白。在过去的二十年里，酶使用在这个领域,自从氧化酵素被应用于木质素的降解(Viikari 2004年)。在现在,在许多国家,包括巴西，造纸行应用的仍是化学过程,而非酶法水解。通常的方法是被称为―卡夫‖过程中,这个名字在德国代表力量。在造纸行业中三种桉树(E.茅大肠、E.柳桉和E.尾叶桉)是特别青睐的原材料。
木屑的预处理的方法(图4)开始于两种试剂（钠氢氧化和硫化钠）在8Kg/cm2，165°C下的浸煮器中的融合。在蒸煮液中的两种试剂有助于加快脱木素,用于纤维素纤维的恢复。在这个阶段,纤维素纸浆以棕色为主,由于出现的黑液是其颜色十分黯淡(图4 b)。此过程中可以认为90 - 95%半纤维素的溶解和部分木质素的分解。总结,我们有:
——木屑(纤维和木质素)+试剂=纤维素和木质素
——使用工业术语:木+白液(NaOH+ NaS2)= "纤维素" +黑液
所沉积的木质素赋予纸浆深色，棕色经过洗涤后，预漂白开始，用于去除的少量杂质和煮沸过程留下的一部分木质素。氧气用于这个过程(图4 c),目的是减少其他试剂的成本。预处理完后的纸张略显黄色,还不适合用于生产打印或写作的纸张。这是由于染色的墙上还残留木质素纤维。在后续漂白过程,通过吸光物质（发色团)去除分解形成的产品的木质素，达到纯白色色彩。漂白过程可分为三个阶段。首先,使用臭氧和二氧化氯(图4 d)在第二阶段,氢氧化钠,氧气和过氧化氢。在最后阶段用二氧化氯进行去除(图4 e)。
硫酸盐法的主要优点是内能把黑液中的化学品竟可能的回收。然而,并不是所有的行业都回收钠氢氧化和黑液中的其他有机材料。另一方面,缺点是过程中有强烈气味的气体排放，低收益率(40 - 50%)和漂白的高成本。可以看出在硫酸盐法中污染试被大量使用。利用有机氯降解完的产物,具有高毒性和诱变性，所以造纸工厂的废水需要处理。环境法规限制了在纤维素行业使用氯化合物漂白,尤其是在西欧和北美。如果在预漂白过程中使用木聚糖酶，这会降低使用的高达30％的氯化合物的量，以使在有机氯在废水中的减少15-20％是可以实现的。在纤维素制浆中利用木聚糖酶可能会使的每吨少产生5 – 7千克的二氧化碳和2-4单位的卡伯值。木聚糖酶用于纸技术不需要纯化,但必须有适合的温度和偏碱性的
pH值,必须不能包含纤维素分解酶，以来更好的保护纤维素纤维。木聚糖酶在漂白过程的微生物效率已经被研究的有：链霉菌属热紫链霉菌（GARG等人1996）;链霉菌属红色钦氏菌（Patel等人1993）;链霉菌SP（Georis等人2000）;链霉菌鲜黄链霉菌（Kansoh2004）;芽孢杆菌属菌种（Shah等人1999年）;短小芽孢杆菌（Duarte等人2003）;环状芽孢杆菌（DHILLON等人2000）;白曲霉（Tenkanen 等人1997）;米曲霉（克里斯托夫等1999）;曲霉曲霉（Zhao等人2002）;构巢曲霉（塔内加等人2002）;烟曲霉（Lenartovicz等人2002年）;毛壳解纤维素（Baraznenok等1999年）;细毛嗜热霉（Haarhoff等人1999）; 里氏木霉（Oksanen等人，2000）; 构巢曲霉和灰腐质霉（塞勒斯等人2004）
图4显示了纤维素纸浆的漂白生产阶段。木屑(a)方面的纤维素纸浆后卡夫过程(b),预漂白阶段通过使用氧气(c)、纤维素纸浆漂白与臭氧、二氧化氯(d),后阶段使用二氧化氯,疗程氢氧化钠、过氧化氢和氧(e) 在纤维素纸浆漂白过程中对木聚糖酶的作用有以下两个假设。第一个, 在木质素中木聚糖酶把木聚糖沉淀(Viikari 1994)。木聚糖沉淀是由于在蒸煮结束阶段pH值的降低。通过木聚糖酶的作用是使木质素更多的与化合物接触，竟而用于纤维素纸浆的漂白。第二个假设是基于木质素与其他多糖形成复合物的能力,而事实上，在纸制工艺中一些骨干连接是不可能被水解的(Buchert 1992年)。木聚糖酶裂开木质素和木聚糖之间的结构，打开纸浆中纤维素主干结构，随后提取木聚糖的碎片(帕斯1992年)。木聚糖从纤维素中化学提取棕色物质和木质素碳水化合物，使得纸浆更好。
八、木聚糖酶属于蛋白质
木聚糖酶是糖基水解酶,用于降解木聚糖。他们基本上占糖基化水解酶的两
个成分,称为F和G或10和11(Henrissat2002年)。来自两个组分的木聚糖酶主要存在在细菌和真核生物,并且认为有不同的生理角色(Biely 1997)。如果他们属于旁氏姊妹关系,这说明木聚糖酶是出现生命进化的早期,在真菌和古细菌分离之间的前期出现。然而，木聚糖酶的这两个成分似乎有进化起源不同于其他内切葡聚糖酶，即成分10更多相关成分5，和成分11更多相关成分12(柯林斯2005)。考虑到Biely 等人(1997)的研究,更加表明成分11比成分10出现的更早,是具有更多功能的木聚糖酶。尽管成分10的和成分11的木聚糖酶主要分类法是大相径庭的,但每个成分对其的定义都是恰到好处。双方的分子结构已经被确定和相比较(Murzin2003年)。成分10木聚糖酶具有催化（其是TIM桶域）和底物结合的功能。柯林斯等人经过广泛研究,发现成分5、7、8和43在木聚糖内切酶中有一些,虽然在分解木聚糖的活动中不那么重要。
成分10木聚糖酶在不同细菌和真核生物的物种中发现,并且是彼此各不相同，即使有大量的亚科特征(2003年)。然而,成分11木聚糖酶，与群体有着显著不同的是高度特异性和低分子量，具有不同的等电点，热稳定性，pH曲线，结构和催化性能(Torronen和Rouvinen 1997)。这进一步导致了木聚糖酶的分类不同,比如B,C,D,或1、2、3或I,II,III(Kulkarni 1999 )。这意味在系统发育推论中，使用成分11木聚糖酶时必须考虑使用旁系同源分子的高风险性,由于现在的灾难性导致了正确的系统推论。
陈等人(1996)已经发现了如成分11木聚糖酶的同源性问题。Sapag 等人(2002年)的研究是迄今为止最全面的,他们表明,至少有十个亚科木聚糖酶,其中一些是局限于真菌(木聚糖酶Ia、Ib、Ic、二、IIIa,IV),和其他细菌(A,B,C)。一些真菌和细菌的属显示不止一个木聚糖酶的亚科。这意味着分子11木聚糖酶的复制可能发生在真菌和细菌（古生菌+真核生物)分歧之前,所以可以有一个以上的分子11木聚糖酶存在于相同的基因组。然而,也有一些可能存在的问题在木聚糖酶分类时，如其他干扰分析、对准问题的结果或物种组织基于的算法不会产生可靠地发育系统重组。在最近的研究中，Degefu等人(2004)通过一个家庭11木聚糖酶的真菌玉米大斑病菌,仔细比对和细心分析后，得出可靠的结果是在所有真菌木聚糖酶下降解,会暴露出一对旁系同源木聚糖酶11。系统发育推理在应用生物学尤为重要，因为它可以更加高效的分类方法，这就带来了共享的经济利益。在木聚糖酶的研究中,找到一个适当的分支指的是给新的物质能够一个极端的属性和同源蛋白质的应用效率达到最好。
九、结束语
考虑到酶的世界市场,我们发现巨大的改革发展是很有必要的，以便使我国的酶生产更具竞争力。巨大的希望都放在技术进步,或寻找新的微生物上,在生物多样性复杂的星球上,可能拥有更好的生理特性与温度、pH值、低成本的介质和适应性的微生物,一直到目前为止几乎没有利用,如甘蔗蔗渣在巴西的大量生产。极端微生物的巨大潜力在此应该强调,考虑到它们在几个领域内的应用影响。在分子生物学中Taq酶的影响值得记住。尽管如此,从嗜热真菌蛋白质,以及极端微生物,尚未被工业生产规模,但我们相信,这一方面酶的生产将在接下来的几十年的到改善。另一方面,我们不能忘记也不可否认DNA重组技术的贡献。在巴西,一些可能的区域,将使用木聚糖酶在造纸行业。正如上面提到的,大规模的巴西产业还不使用木聚糖酶在纤维素纸浆漂白。我们相信在不久的未来将会有一个变化,用这个过程生产纸，将会产生更少的有害物质,减少污染废水的排放,从而更好的保护我们的动物界和植物界。
木聚糖酶研究进展
木聚糖酶研究进展 刘亮伟 河南农业大学生命科学学院 郑州 450002 文化路 95 号llw321@https://www.wendangku.net/doc/9e19000819.html, 科学技术的进步给21世纪的人类带来了便利,也给人类带来了前所未有的压力：人口膨胀、能源危机、环境污染、资源匮乏，所有这些问题的本源是能源危机。与能源匮乏相矛盾，自然界通过光合作用赋予人类大量可再生资源：如纤维素和半纤维素，作为继纤维素后第一大生物资源的半纤维素在农业和木材工业中是常见的废弃物，它作为可再生资源的一个有利条件是它比纤维素更易于提取和水解。秸秆中半纤维素含量占其总干重的25～50%，其化学结构较纤维素复杂得多，由D-木糖通过β-1,4-糖苷键相连成的主链和少量L-阿拉伯糖侧链所组成[1]，这种D-木糖单元在硬木和软木中平均聚合度分别是150－200和70－130，要得到能够利用的单糖必须通过以木聚糖酶为主的半纤维素酶系协同作用进行水解而完成[2]。 内切-1,4-β-木聚糖酶（E.C 3.2.1.8）是一种内切糖苷酶，能够水解木聚糖这类自然界中最丰富的半纤维素，同自然界中五碳糖的循环相联系，在能量循环中占有重要地位。在古代人们就已经在生产过程中间接地利用各种酶进行生产：如酿酒、制作奶酪、烘焙面包、修饰淀粉等。1986年，Viikarri发现了木聚糖酶在纸浆漂白和造纸工业中能够降低环境污染物品的用量[3]，伴随着人类对于可持续性发展和环境的重视，木聚糖酶在工业上的应用明显增加，在1997-2002年间的5年中，纸浆造纸业用酶由1.0亿美元增加到1.92亿元，增长率为16.2%，是所有酶制品行业中增长率最快的。 1木聚糖酶的应用 1.1在纸浆造纸工业中应用 木聚糖酶最重要的用途是在纸浆造纸工业中对于纸浆的漂白。因为环境污染最大的来源是纸浆造纸工业中的废水。根据资料显示仅仅美国每年用于纸浆漂白的氯化物或次生氯化物用量就有200多万吨[4]。因为纸浆漂白污水中含有有毒物质，并且这些物质能在生态系统的生物和非生物组成中积累，如氯苯、氯二苯和其它氯化木质素次生物[5; 6]。这些化学物质对环境危害很大，据有关研究显示既便是远离造纸厂10公里以外的鱼群都会受到纸浆漂白污水中有害物质的负面影响[7]，这种受到污染的鱼可以直接或间接地影响人类的身体健康。木聚糖酶的作用就是对木聚糖进行水解从而加快了纸浆中木质素的释放，色素物质所以能够比较容易地从纤维素中释放出来。经实验证实，木聚糖酶的漂白效果比木质素降解酶好得多，这是因为木质素大部分交联在半纤维素上，而半纤维素比木质素更容易解聚[8]。利用木聚糖酶相应地比其它酶进行多聚物降解时，碳水化合物水解速度要快2-3倍[9]。经木聚糖酶处理后的纸浆漂白可以降低20%-40%漂白剂用量 [10]。
木聚糖酶及其应用
木聚糖酶及其应用 姓名：程婷婷学号：20083768 班级：食品科学与工程专业08级本科2班摘要：木聚糖是一种多聚五碳糖，是植物半纤维素的主要成分，是仅次于纤维素的第二丰富的可再生资源。木聚糖木聚糖结构复杂，完全降解需要多种酶的参与，其中β-1，4-内切木聚糖酶能够以内切方式作用于木聚糖主链产生不同长度的木寡糖和少量的木糖，是木聚糖降解酶系中最关键的酶。木聚糖酶是可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的水解酶,在食品、制浆造纸、饲料等行业上有着广阔的应用前景.本文主要从木聚糖酶的分类、特性及其应用等方面进行阐述。 关键词：木聚糖酶；分类；特性；应用 木聚糖是以木吡喃糖为单位的由β-1， 4键连接的半纤维素，富含于阔叶树和大多数一年生植物体内，是一种重要的可再生资源，仅次于纤维素。它多为异聚多糖，结构变化范围很大，从β-1，4糖苷键相连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。目前，木聚糖酶主要由微生物生产，已报道能生产木聚糖酶的微生物有丝状真菌、细菌和链霉菌等。微生物产生的木聚糖酶具有多样性，即常常产生不止一种类型的木聚糖酶，而且这些木聚糖酶的特性也存在差异。木聚糖酶可广泛应用于食品、制浆造纸、饲料等行业。 1木聚糖酶的分类 1.1木聚糖酶 木聚糖酶是指能够降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，主要包括三类:内切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和长链木寡糖，从β-1,4一木聚糖主链的内部切割木糖苷链，从而使木聚糖降解为木寡糖，其水解产物主要为木二糖与木二糖以上的寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖;外切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产物为木糖; β-木糖苷酶,该酶通过切割木寡糖末端而释放木糖残基[1]。 1.2根据所水解的木聚糖苷键类型 木聚糖酶可分为β-1,4糖苷键木聚糖酶和β-1,3糖苷键木聚糖酶两类。陆上植物的木聚糖酶均属β-1,4糖苷键木聚糖酶，而β-1,3糖苷键木聚糖酶大都
酶制剂在工业上的应用现状与展望
《酶工程》课程论文 学院：材料与化工学院 专业班级：2011级生物工程（2）班 姓名：李丹丹 学号：20110412310047 评阅意见 评阅成绩 评阅教师： 2014年6月12日
酶制剂在工业上的应用现状与展望 姓名：李丹丹 学院和专业：材料与化工生物工程2班 摘要：酶制剂是一类特殊的食品添加剂，具有催化高效性，专一性等显著特点。文章综述了食品工业中酶制剂利用及新动向，包括淀粉糖、油脂、蛋白质加工、面包、啤酒、饮料工业以及改善苦味的酶类的应用。并介绍了酶与食品的关系、酶制剂在食品生产中用于保藏、改善质量和增加营养价值、增加品种种类、提高便捷性和提高食品生产效率等作用,还介绍了酶制剂在饲料中的应用。并对酶制剂在食品工业中和在动物饲料方面的发展方向进行展望。关键词：酶制剂食品工业饲料工业应用 1.酶制剂的简介 酶是一类具有专一性生物催化能力的蛋白质。而从生物体中提取的具有酶活力的制品，称为酶制剂。酶制剂主要用于食品加工和制造业方面，它在对提高食品生产效率和产量、改进产品风味和质量等方面有着其它催化剂所无法替代的作用。另外，酶制剂在日化、纺织、环境保护和饲料等行业也有着较广泛的应用。随着发酵工业的发展，酶制剂的主要来源已被微生物所取代，它具有不受季节、地区和数量等因素影响的特性，还具有种类多、繁殖快、质量稳定和成本低等特点。随着微生物育种技术的发展，酶制剂的种类越来越多，分类也越来越细。目前我国已工业化生产的、且用于食品工业的酶制剂主要有：淀粉酶、异淀粉酶、果胶酶和蛋白酶等，它们在食品加工中都起着十分重要的作用。当然，尽管目前我国酶制剂行业的发展已有了长足进步，但与发达国家相比，还有很大差距。为进一步加快酶制剂产业技术的进步，今后应注重在调整产品结构、增加新品种、提高产品质量和竞争力、实现规模化经营和拓宽应用领域等方面作深入的研究。 2．酶制剂在食品工业中的应用 利用淀粉酶可以将淀粉水解为葡萄糖或不同DE值的淀粉糖浆，再经过葡萄糖异构酶的作用产生果葡糖浆；果胶酶用于果汁的加工和澄清，可提高果酒的得率，改善澄清效果，加快过滤速度；乳糖酶可分解牛奶中的乳糖，提高人体对牛奶的消化性；脂肪酸可改进食品风味；蛋白酶可用于蛋白胨和氨基酸混合液的制造，生产糖果使用的蛋白发泡剂，用在面包、糕点和通心粉的生产上可缩短揉面时间、增强面团延伸性和改进产品质量，用在肉类加工上可嫩化肉类、软化肠衣和提高质量，用在乳酪制造上可缩短生产时间等。 2．1用于保藏 溶酶菌现已广泛地被用作水产品、肉食品、蛋糕、酒精、料酒、饮料以及日用化妆品的防腐剂。由于食品中的羟基和酸会影响溶酶菌的活性，因此，它一般与酒、植酸、甘氨酸等物质配合使用。目前与甘氨酸配合食使用的溶酶菌制剂，应用于面食、水产、熟食及冰淇淋等食品的防腐。在低度酒中添加20mg/kg的溶酶菌不仅对酒的风味无任何不良影响，还可防止产酸菌的生产，同时受酒类澄清剂的影响很小，是低度酒类较好的防腐剂，如日本就把溶酶菌用于清酒的防腐。 乳制品保险牛乳中含有13mg/dl的溶酶菌，在人乳中含量为40mg/ml。在鲜乳或奶粉中加入一定量溶酶菌，不但可起到防腐作用，而且还有强化作用，能增进婴儿健康。 将各种肉类和水产熟制品（如鱼丸、香肠及红肠等），用含1%明胶和0.05%溶酶菌的混合液浸渍后再包装保存，可延长其保质期。各类糕点特别是奶油蛋糕是容易腐败变质的食品，在制作过程中加入溶酶菌就具有一定的防腐、保鲜作用。此外，溶酶菌还可应用于pH值为6.0~7.5的饮料的防腐。 海产品及水产品如虾、鱼和蛤蜊等在含甘氨酸、溶酶菌和食盐的溶液中浸渍5min后，沥干，在5℃下保存9d后，无异味、无色泽变化。 3．2提高食品质量和增加营养价值
食品生物化学 木聚糖酶及其应用
附件一: 新疆农业大学 专业文献综述 题目: 木聚糖酶及其应用 姓名: 全莉 学院: 食品科学与药学学院 专业: 食品科学与工程 班级: 食科112班 学号: 114031226 指导教师: 蓬焕明职称: 副教授 20012 年12 月20 日 新疆农业大学教务处制
木聚糖酶及其应用 姓名：全莉指导老师：蓬焕明 摘要：木聚糖是一种多聚五碳糖，是植物半纤维素的主要成分，是仅次于纤维素的第二β-1，4-内切木聚糖酶能够以内切方式作用于木聚糖主链产生不同长度的木寡糖和少量的木糖，是木聚糖降解酶系中最关键的酶。木聚糖酶是可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的水解酶,在食品、制浆造纸、饲料等行业上有着广阔的应用前景.本文主要从木聚糖酶的分类、特性及其应用等方面进行阐述。 关键词：木聚糖酶；分类；特性；应用 引言：丰富的可再生资源。木聚糖木聚糖结构复杂，完全降解需要多种酶的参与，其中木聚糖是以木吡喃糖为单位的由β-1， 4键连接的半纤维素，富含于阔叶树和大多数一年生植物体内，是一种重要的可再生资源，仅次于纤维素。它多为异聚多糖，结构变化范围很大，从β-1，4糖苷键相连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。目前，木聚糖酶主要由微生物生产，已报道能生产木聚糖酶的微生物有丝状真菌、细菌和链霉菌等。微生物产生的木聚糖酶具有多样性，即常常产生不止一种类型的木聚糖酶，而且这些木聚糖酶的特性也存在差异。木聚糖酶可广泛应用于食品、制浆造纸、饲料等行业。 正文： 1 木聚糖酶的分类 1.1木聚糖酶 木聚糖酶是指能够降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，主要包括三类:内切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和长链木寡糖，从β-1,4一木聚糖主链的内部切割木糖苷链，从而使木聚糖降解为木寡糖，其水解产物主要为木二糖与木二糖以上的寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖;外切-β-1,4一木聚糖酶，作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产物为木糖; β-木糖苷酶,该酶通过切割木寡糖末端而释放木糖残基[1]。 1.2 根据所水解的木聚糖苷键类型 木聚糖酶可分为β-1,4糖苷键木聚糖酶和β-1,3糖苷键木聚糖酶两类。陆上植物的木聚糖酶均属β-1,4糖苷键木聚糖酶，而β-1,3糖苷键木聚糖酶大都存在于海藻及海洋生物中。按木聚糖酶的序列同源性和疏水族，木聚糖酶分别属于糖苷水解酶的两个家族，即F家族(10家族)和G家族(11家族),属于同一家族的木聚糖酶催化区域具有同源性，可以根据已知家族的酶来推测未知酶的催化特性[2]。F家族的木聚糖酶分子量高，结构复杂，通常生成较小的低聚糖，该家族的木聚糖酶可以作用于对硝基苯和对硝基苯纤维二糖，与底物结合需要较少数量的点;G家族的木聚糖酶则对木聚糖有很高的特异性。 1.3 依据木聚糖酶对底物的特异性 木聚糖酶可分为特异性木聚糖酶和非特异性木聚糖酶。特异性木聚糖酶特异作用于木聚糖底物，非特异性酶除作用于木聚糖外，还能作用于纤维素及人工底物，称双功能酶。
蛋白类木聚糖酶研究进展
蛋白类木聚糖酶抑制剂研究进展 专业：09生物工程班级：09级1班作者:许斌指导老师：龚妍春 摘要：木聚糖酶已广泛应用于饲料、食品加工、纸浆漂白等领域, 然而近年研究小麦等谷物中存在一种能抑制木聚糖酶活性的蛋白质性质的成分, 称为木聚糖酶抑制蛋白。木聚糖酶抑制蛋白具有多型性, 但不同类型抑制蛋白都只作用于外源木聚糖酶,而对谷物内源性木聚糖酶没有抑制作用。这就对木聚糖酶应用领域中酶功效的发挥提出了挑战: 抑制蛋白的存在是否影响外加木聚糖酶的作用? 本文综述了三类木聚糖酶抑制蛋白的分子结构抑制特性，阐明蛋白类抑制剂与木聚糖酶之间的互作机理, 为最大限度的发挥木聚糖酶功效奠定理论基础。简要介绍了木聚糖酶抑制蛋白对谷物的影响作用。 关键词:木聚糖酶;木聚糖酶抑制蛋白;抑制特性 1.引言 木聚糖作为植物中的一种主要的非淀粉多糖，含量仅次于纤维素，是自然界中第二大丰富的多聚糖。木聚糖是植物细胞壁多糖中半纤维素的主要成分，主链由D- 吡喃型木糖残基通过B-1, 4-糖苷键连接而成，主链上一般还带有少量的乙酰基、葡萄糖醛酸基、阿拉伯糖基等侧链取代基[1]。内切B-1-4木聚糖酶(EC3.2.1.2，简称木聚糖酶) 是专一性水解木聚糖主链的酶，将大分子木聚糖降解成低聚木糖、木二糖及少量的木糖，木聚糖酶主要由微生物产生，但一些藻类、原生动物、甲壳类动物和植物等也能产生木聚糖酶。根据催化结构域氨基酸的同源性和疏水簇分析法，木聚糖酶可分为GH10家族（包括植物酶类、真菌酶类和细菌酶类等）和GH11家族（包括真菌酶类和细菌酶类）2个家族。已知的禾谷类所产的木聚糖酶都属于GH10 家族，而微生物产生的木聚糖酶则属于F10 或G11 两个家族[2]。木聚糖除了在饲料工业中应用之外，在造纸制浆、食品加工等领域均有涉及。然而, 近年的研究发现微生物木聚糖酶的活性在体外试验中会被来自小麦等谷物的一种蛋白质性质的成分所抑制, 这种成分即木聚糖酶抑制蛋白。由于实验室应用试验所加木聚糖酶的量总是大于实际应用过程中的酶用量, 因此可以推测实际应用中外加的木聚糖酶也会受到基质中抑制蛋白的抑制作用, 从而影响用酶工艺过程[3]。许多有益微生物产生的木聚糖酶已经广泛应用于饲料面包焙制淀粉加工纸浆生物漂白等领域，而植物病原菌的木聚糖酶有方面作用:
木聚糖酶
木聚糖酶 本品精选优良菌株，经液体深层发酵精制而成的高效浓缩酶制剂。适用于饲料、食品、酿造、果蔬汁加工、纺织等行业。 作用原理 木聚糖是一种多聚五碳糖，为半纤维素的主要成分之一。木聚糖酶是一类降解木聚糖分子中β-1，4-木糖苷键的酶系，主要包括内切β- 1,4-木聚糖酶和β-木糖苷酶。内切β-1,4-木聚糖酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β-1,4-木糖苷键，其主要水解产物为低聚木糖和少量木糖。β-木糖苷酶通过水解低聚木糖的末端来催化释放木糖残基。木聚糖彻底降解为木糖需要这两种酶的共同参与。 理化性质 外观：黄色或白色粉剂及黄色液体. 作用pH范围：pH3.0-7.0，最适pH为5.0 作用温度范围：30-75℃，最适温度为50℃。 产品酶活 木聚糖酶酶活：1~30万u/g 酶活单位(U)定义：在50℃、pH5.0条件下，每分钟水解木聚糖产生1μg还原糖所需要的酶量定义为1个酶活力单位。 使用方法 本品可应用于饲料、食品、酿造、果蔬汁加工，植物提取、纺织等行业。因应用领域和生产条件等不同用量与用法而有所改变。用户也可以结合自己的工艺条件通过试验确定最佳使用方案。 5.包装规格
25kg/桶。 6.运输与贮存 运输时应避免日晒，贮存于阴凉干燥环境中（25℃以下可保存18个月）。 中性蛋白酶 中性蛋白酶采用枯草芽孢杆菌经深层发酵提炼而成。广泛应用于酒精、啤酒、味精、淀粉糖、发酵工业的液化以及纺织、印染退浆等. 一、产品性状: 1 、产品规格： 固体型分为 50000--100000u/g 。. 2、 1g固体酶粉在30℃，pH7.5条件下，1min水解酪素产生1ug酪氨酸所需的酶 量为1个酶活力单位，以u/g表示。 二、产品特性: 1 、热稳定性：最适作用温度40℃～50℃ 。 2 、 PH 稳定性：最适作用pH6.5～7.5，PH5.0 以下失活严重。 三、应用工艺（根据试验情况进行调整） 1、饲料用酶：该酶与a-淀粉酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、糖化酶等复合使用。可以广泛应用于仔猪、育成猪、禽类、鱼类饲喂。参考用量为3-10u/g。 2、用于皮革脱毛：酶脱毛（35-42℃，pH7.5，20-25u/ml）→水洗→浸酸→揉制。 3、用于胶片回收：45℃，pH7.0-7.5，用20-23u/ml进行回收。 4、用于丝绸脱胶：预处理→脱水→酸处理（蛋白酶18-24u/ml，肥皂0.75%， 48-50℃，30-60分钟，pH 7-8）→脱水→扯皮→冲洗→脱水→抖松→烘干→抖松。 5、医药工业：含中性蛋白酶的药物，可起到消炎、利胆、止痛、助消化的功效。 6、焙烤行业的应用：改善成品的光泽，结构均匀一致，口感松爽酥脆。 四、注意事项 1、此产品可完全溶于水，使用安全可靠。操作时请勿直接与酶制剂接触，若有
木聚糖酶分子结构与重要酶学性质关系的研究进展
21卷1期2005年1月 生 物 工 程 学 报 Chinese Journal o f Biotechnology V ol.21 N o.1 January 2005 Received :July ,13,2004;Accepted :September ,16,2004. This w ork was supported by G rant from Chinese National Programs for H igh T echnology Research and Development (863)(N o.2001AA214041). 3C orresponding author.T el :86210268975126;E 2mail :yaobin @https://www.wendangku.net/doc/9e19000819.html,. cn 国家高技术研究与发展计划(863计划)项目资助(N o.2001AA214041)。 木聚糖酶分子结构与重要酶学性质关系的研究进展 R ecent Advances in Structures and R elative E nzyme Pro 2 perties of X ylanase 杨浩萌1 ,姚 斌 13 ,范云六 2 Y ANG Hao 2Meng 1,Y AO Bin 13and FAN Y un 2Liu 2 11中国农业科学院饲料研究所, 北京 10008121中国农业科学院生物技术研究所,北京 100081 11F eed Research Institute ,Chinese Academy o f Agricultural Sciences ,Beijing 100081,China 21Biotechnology Research Center ,Chinese Academy o f Agricultural Sciences ,Beijing 100081,China 摘 要 木聚糖是一种多聚五碳糖,是植物细胞中主要的半纤维素成分。木聚糖酶是可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的水解酶,它在饲料、造纸、食品、能源工业和环境科学上有着广阔的应用前景。随着分子生物学、结构生物学的发展及蛋白质工程的应用,对木聚糖酶结构和功能的研究不断深入。这里重点阐述与酶的活性、热稳定性、作用pH 、等电点、底物亲和性及催化效率等重要性质相关的分子结构研究进展,讨论了其进一步的研究发展方向。研究木聚糖酶结构与功能的关系,对进一步加深木聚糖酶作用机制的了解、指导木聚糖酶的分子改良有重要意义。关键词 木聚糖酶,结构与功能,催化残基,热稳定性,pH 性质,底物亲和性中图分类号 Q556 文献标识码 A 文章编号100023061(2005)0120006206 Abstract X ylanase can hydrolyze xylans into xyloolig osaccharides and D 2xylose ,and has great prospect for applications in feed industry ,paper and pulp industry ,food industry and environment science.The study of xylanase had been started in 1960’s.W ith the development and application of the new technologies ,such as m olecular biology ,structural biology and protein engi 2neering ,many progresses have been made in the research of structures and functions of xylanase.This paper reviews the research progress and trend in the structure correlating with the im portant properties of xylanase.Analyses of three 2dimensional structures and properties of mutants have revealed that glutam ine and aspartic acid residues are inv olved in the catalytic mechanism.The therm ostability of xylanase correlated with many factors ,such as disulfide bridges ,salt bridges ,aromatic interactions ,cotent of arginine and proline ,and some multidomain xylanase have therm ostability domains in N or C term inal.But no single mechanism is responsible for the remarkable stability of xylanase.The isoelectic points and reaction pH of xylanase are in fluenced by hydropho 2bicity and content of electric charges.M any researches had dem onstrated that aromatic am ino acid ,histidine ,and tryptophan play an im portant role in im proving enzyme 2substrate affinity.The researches of structures and functions of xylanase are of great signifi 2cance in understanding the catalytic mechanism and directing the im provement of xylanase properties to meet the application requirement. K ey w ords xylanase ,structure and function ,catalytic residures ,therm ostability ,pH properties ,substrate affinity
文献综述木聚糖酶的研究及应用前景
木聚糖酶的研究及应用前景 （张海珍1吴萍2） （张海珍江苏省灌云县伊山高级中学 222200 吴萍安徽科技学院生命科学院 233100） 摘要：对木聚糖酶的特性及其在国内外的研究进展作了介绍，详细阐述了木聚糖酶在造纸、食品、饲料、酿酒、烘烤等工业及其在生产单细胞蛋白、生物制药、液体或气体燃料、糖浆、饮料等方面的巨大潜力及十分诱人的应用前景。 关键词：木聚糖酶特性研究进展应用前景 木聚糖酶（endo—1,4—β—D—xylan xylanohydrolase, EC. 3. 2. .1. 8）是一类以内切方式降解木聚糖分子中的β—1 ,4--木糖苷键的水解酶类。该酶在造纸工业上可用于预漂纸张，提高木素溶出率，改善纸张性能且减少环境污染。在食品工业中利用木聚糖酶降解半纤维素的主要成分，木聚糖生产低聚木糖具高附加的产品。在饲料工业中可提高饲料的能量值和禽。畜对饲料的利用率，并且在饮料和制药，溶剂，糖浆，气体或液体燃料等行业中也具有巨大潜力，其前景十分诱人。因此，木聚糖酶的开发具有重要的经济和社会价值意义。 1．木聚糖酶的特性 木聚糖酶（endo—1,4—β—D—xylan xylanohydrolase,EC·3·2·1·8）是一类以内切方式讲解木聚糖分子中的β—1，4—木糖苷键的水解酶类。包括内切β—木聚糖酶、外切β—木聚糖酶和β—木二糖苷酶。其主要水解产物为木二糖和木二糖以上的低聚木糖，还有少量木糖和阿拉伯糖。[1] 木聚糖酶按其序列同源性和疏水族分析属于糖苷水解酶的两个家族，即F家族（10家族）和G家族（11家族），属于同一家族的木聚糖酶催化区域具有同源性，可根据已知家族的酶来推测未知酶的催化特性。F家族的木聚糖酶分子量高，复杂，通常产生较小的聚糖；F家族则具有较高的特异性[4,10]。 木聚糖酶体（xylanosome）是在微生物表面分离到的多酶复合体。[2]这些复合体在半纤维素的降解中起重要作用。现在已知能够产木聚糖酶的微生物包括细菌、真菌、黑曲霉、木霉等。不同来源的木聚糖酶催化特性是有差异的，它们各自有其不同的PH值和最适温度。已证实放线菌和细菌的最适生长和产酶PH 接近于中性；耐碱性杆菌PH值在9—10；而真菌却较适合酸性条件[15]，且能分泌胞外木聚糖酶的水平高于酵母菌[10,11,12]和细菌[2,13]，从而格外引起研究人员的关注。
木聚糖酶作用机理
木聚糖酶作用机理及区分木聚糖内外切酶测定方法探讨2007-08-01 13:01:27 作者：汤海鸥来源：挑战部文字大小：【大】【中】【小】 近年来，木聚糖酶以其特有降解阿拉伯木聚糖，消除阿拉伯木聚糖对动物的抗营养作用，已成为一种在养殖业中广泛应用的酶制剂。特别是基因工程菌株性木聚糖酶以其稳定性好，降解效率高等特点引起了人们的广泛关注。然而木聚糖酶是降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，要想很好的应用木聚糖酶制剂产品，必须对木聚糖酶的作用机理有较深的了解。同时，在实际生产应用中木聚糖内切酶和外切酶的协同作用对木聚糖降解至关重要，但对于如何应用检测方法去区分木聚糖内外切酶的性质却很少关注。由此，本文首先从分子角度对木聚糖酶的作用机理进行了论述，然后对区分木聚糖酶系中内切酶和外切酶的检测方法进行了探讨，意欲对木聚糖酶制剂产品在生产上更好的应用提供帮助。 1. 木聚糖酶作用机理 木聚糖是由β－1,4或β－1,3糖苷键连接的一种杂合多聚分子。主链由多个吡喃木糖基通过木糖苷键相连，侧链上连着多种不同大小的短的取代基,主要有乙酰基、4-甲基-D-葡糖醛酸残基、L-阿拉伯糖残基等。这些侧链与植物细胞中其它几种结构性多糖(如木质素、纤维素、果胶、葡聚糖等)以共价或非共价键连接,组成植物细胞重要的结构——细胞壁。木聚糖主要存在于植物细胞的次生壁中,处于木质素及其它多聚糖之间,起着连接作用。也正由于这些侧链的不同,使得木聚糖的结构变化范围很大,从仅由β-1,4-糖苷键连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。因此，要使木聚糖完全降解则需要多种水解酶的协同作用，这其中包括主链水解酶β－D －1,4内切木聚糖酶、β－D－1,4外切木糖苷酶和侧链水解酶a－L－阿拉伯呋喃糖苷酶、a－葡萄糖醛酸酶和乙酰木聚糖酯酶等。 木聚糖降解时，起主要作用的酶是β－D－1,4内切木聚糖酶和β－D－1,4外切木糖苷酶。β－D－1,4内切木聚糖酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β- 1，4木糖苷键,其主要水解产物为低聚木糖、木寡糖、木二糖等；β－D－1,4外切木糖苷酶通过水解低聚木糖、木寡糖等的非还原性末端来催化释放木糖残基。另外, 参与彻底降解木聚糖的还有a－L－阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡萄糖醛酸苷酶、乙酰木聚糖酯酶及能降解木聚糖上阿拉伯糖侧链残基与酚酸(如阿魏酸或香豆酸)形成的酯键酚酸酯酶等侧链水解酶，它们作用于木糖与侧链取代基之间的糖苷键，协同主链水解酶的作用最终将木聚糖转化为它的组成单糖。
F_10木聚糖酶研究进展
第28卷第6期 2009年11月 食品与生物技术学报 Journal of Food Science and Biotechnology V ol.28 N o.6N ov. 2009 文章编号:1673 -1689(2009)06-0727-06 收稿日期:2008-02-17 基金项目:河南省科技攻关资助项目(072102220001),江苏省自然科学基金资金项目(BK2007067). 作者简介:刘亮伟(1967-),男,河南长葛人,工学博士,副教授,主要从事微生物酶学理性改造方面的研究。 Email:llw 321@y https://www.wendangku.net/doc/9e19000819.html, F /10木聚糖酶研究进展 刘亮伟1 , 杨海玉1 , 胡瑜1 , 李相前 2 (1.河南农业大学生命科学学院,河南郑州45002;2.淮阴工学院生命科学与化学工程学院,江 苏淮安223001) 摘 要:木聚糖酶广泛应用在食品加工、纸浆漂白、饲料添加剂、工业乙醇的生产,生物转化等领域。相对于G/11木聚糖酶,F/10家族在稳定性、耐酸性和耐碱性方面更有优越性,本文综述了该家族木聚糖酶的相关基因,酶分子空间结构及催化机理等基本特性,特别对热稳定性属性及基因 工程改造其稳定方面进行了详细说明,为进一步进行酶分子改造和应用提供借鉴。关键词:木聚糖酶;热稳定性;空间结构;基因工程中图分类号:Q 55 文献标识码:A A Review of F/10Xylanase LIU Liang -w ei 1 , YANG H a-i yu 1 , H U Yu 1 , LI Xiang -qian 2 (Colleg e of L ife Sciences o f Henan A g riculat rual U niver sity,Zheng zhou 450002,China; 2.H uaiyin Institute of T echno log y ,H uaian 450003,China) Abstract:Xy lanase is w idely used in biotechnolog y related areas,such as food processing,pulp bio -bleaching,anim al feed additive,ethanol pr oduction,bio -conversio n,and so https://www.wendangku.net/doc/9e19000819.html, pared w ith G/11x ylanase,F/10xy lanase is mo re advantageous in thermostability,acidic resistance and alkaliphilic ability.T his manuscript review ed the related genes,enzy me 3D structure,cataly sis mechanism of this family,especially abo ut its therm ostability and g enetic engineering,w hich is useful for further investigatio n of property and deeper usage in industries. Key words:F/10x ylanase,therm ostability,structure,genetic engineering,catalysis m echanism 木聚糖酶(EC 3.2.1.8)水解木聚糖的 -1,4-糖苷键,与自然界中第二大能源物质-半纤维素的降解和五碳糖的循环利用相联系。现在木聚糖酶广泛应用于工业生产中:啤酒酿造、面包烘焙、动物饲料、生物漂白、乙醇生产、生物转化等。由于环境多样性,造成不同生物来源的木聚糖酶在理化特性,结构,催化模式和底物特异性等方面具有多样性。已经发现木聚糖酶分布在5,7,8,10,11,43等家族 的糖苷水解酶中。根据催化结构域的氨基酸组成,大部分木聚糖酶属于F/10和G/11木聚糖酶两大家族。G/11木聚糖酶多为单结构域,相对分子质 量一般小于30000,产物中寡聚糖含量较多,而单糖成分较少,酶最适温度50~60 ,在空间结构上呈 右手半握状 。F/10木聚糖酶则含有较多结构域,不仅有催化结构域,还存在纤维素结合结构域(Ce-l lulo se Binding Domain:CBD),相对分子质量一般
木聚糖酶在工业上的应用
真菌中的木聚糖酶:性能及其在工业上的应用 摘要：木聚糖是半纤维素的主要类型。这是一个由木二糖通过1,4位糖苷键连接的线性聚合物。在自然界中，多糖的分子骨干可以被4-O-甲基-α-D-吡喃葡糖醛酸、乙酰基、α-L-阿拉伯呋喃糖基等比例添加。木聚糖的水解主要是酶的复合物承担，但主要参与的酶是内切β-1，4-D-木聚糖酶和β-D-木糖苷。这些酶可由真菌、细菌、酵母、海洋藻类、原生动物、蜗牛、甲壳类动物、昆虫、种子等产生,但是主要商业来源是丝状真菌。最近,有很多工业对木聚糖及其其水解酶感兴趣,主要是其可用于补充动物饲料、生产面包、食物和饮料、纺织品、纤维素纸浆的漂白、乙醇和木糖醇的生产。本文描述了一些木聚糖的特性和它的新陈代谢,木聚糖酶的生化特性以及其商业应用。
一、木聚糖结构 阿拉伯木聚糖已确定在小麦、黑麦、大麦、燕麦、大米、高粱、以及其他一些植物中发现，如：盘固草、竹笋和黑麦草。尽管这些多糖是次要部分对于的整体的谷物,但它们是构成植物细胞壁的重要组成部分(Izydorczyk和Biliaderis 1995)。葡糖醛酸和葡糖苷酸阿拉伯木聚糖主要位于二层膜结构中，他是一种粘合剂，使非共价键结构与木质素、纤维素和其他聚合物形成一种共价键而粘合，对细胞壁的完整性起到至关重要作用。木聚糖在被子植物中是半纤维素的主要类贡献者，占总干重的15-30%,但在裸子植物中木聚糖的含量会少点，含有7- 12%(Haltrich 1996年)。 图1 O-乙酰基-4-O-甲基葡糖醛酸(a),硬木和阿拉伯-4-O-甲基葡糖醛酸(b),柔软木头的结构。木聚糖酶参与分解木聚糖的有:乙酰酯酶、α-葡萄糖醛酸酶、切木聚糖酶和α-L-阿拉伯呋喃。β-木糖苷酶(c)实现了水解；数据显示碳原子被Ac乙酰基群替换
ad木聚糖酶(XYNB)的分离纯化与性质研究
南京工业大学 硕士学位论文 耐热木聚糖酶（XYNB）的分离纯化与性质研究 姓名：孙雷 申请学位级别：硕士 专业：生物化工 指导教师：韦萍;李环 20060601
摘要 木聚糖是植物半纤维素的重要组成部分，在自然界中是继纤维素之后含量第二丰富的再生物质资源。木聚糖结构复杂，它的完全降解需要多种水解酶的共同作用。内切-β-1,4-木聚糖酶（1,4-β-D-木聚糖水解酶，EC3.2.1.8）以内切的方式作用于木聚糖的主链，产生不同链长的寡糖及少量的木糖，是木聚糖降解酶系中关键的酶。木聚糖酶的耐高温和热稳定性是工业化应用的理想特性，在生物转化、制浆造纸，食品饲料等工业中存在很大的应用潜力。 本文综述了木聚糖酶的分离纯化技术以及性质和结构研究进展，研究了重组大肠杆菌1020产生的耐热木聚糖酶（XYNB）的纯化方法与性质。 采用不同的破碎方法，对表达的木聚糖酶在细胞中的分布进行分析，确定了表达的耐热木聚糖酶XYNB主要分布中可溶性细胞质中。纯化前对表达的酶进行细胞定位是本论文的一个特色。 XYNB是胞内酶，采用反复冻融和超声波联合的方法破碎，发现对湿菌泥反复冻融三次后，酶的释放量最大；50 mL 20%的菌悬液，采用500 W，间歇时间10 s，超声波破碎15 min后，酶的释放量最大。利用热变性除去杂蛋白，选择变性温度70℃，时间30 min，回收率可达到69.4%，纯化倍数4.9。结合Ni-NTA 亲和层析，采用梯度洗脱方法，一步得到电泳纯XYNB，回收率29.4%，纯化倍数13.4。采用热变性和一步亲和层析分离得到电泳纯的耐热木聚糖酶XYNB，简化了分离纯化步骤，是本论文的一个特色。 酶学性质研究表明XYNB的最适pH在6.5左右，在pH 6.0-10.0能保持最高活力的60%以上，在pH值低于6.0和高于10.0时，活力显著下降。在50-100℃范围内，酶催化活力随着温度的升高不断上升，酶在80-100℃范围内表现出50%以上的酶活力。在pH8.0，70℃，保温6 h后，酶活力变化不大；100℃保温1.5 h 后，残余50%的酶活力。1mmol/L Hg2+显著影响酶活力，其它金属阳离子和EDTA 对酶活的影响不大。XYNB对Oat spelt xylan 酶促反应的K m为0.23 mg/mL，最大反应速度V max为0.36 μmol/(min﹒mL)。 采用生物信息学手段分析XYNB的序列和结构，发现XYNB属于F/10族，与Thermotoga sp. strain FjSS3-B.1的xyn A有85%一致性，与Thermotoga
木聚糖酶作用机理及区分木聚糖内外切酶测定方法探讨
木聚糖酶作用机理及区分木聚糖内外切酶测定方法探讨 近年来，木聚糖酶以其特有降解阿拉伯木聚糖，消除阿拉伯木聚糖对动物的抗营养作用，已成为一种在养殖业中广泛应用的酶制剂。特别是基因工程菌株性木聚糖酶以其稳定性好，降解效率高等特点引起了人们的广泛关注。然而木聚糖酶是降解半纤维素木聚糖的一组酶的总称，要想很好的应用木聚糖酶制剂产品，必须对木聚糖酶的作用机理有较深的了解。同时，在实际生产应用中木聚糖内切酶和外切酶的协同作用对木聚糖降解至关重要，但对于如何应用检测方法去区分木聚糖内外切酶的性质却很少关注。由此，本文首先从分子角度对木聚糖酶的作用机理进行了论述，然后对区分木聚糖酶系中内切酶和外切酶的检测方法进行了探讨，意欲对木聚糖酶制剂产品在生产上更好的应用提供帮助。 1. 木聚糖酶作用机理 木聚糖是由β－1,4或β－1,3糖苷键连接的一种杂合多聚分子。主链由多个吡喃木糖基通过木糖苷键相连，侧链上连着多种不同大小的短的取代基,主要有乙酰基、4-甲基-D-葡糖醛酸残基、L-阿拉伯糖残基等。这些侧链与植物细胞中其它几种结构性多糖(如木质素、纤维素、果胶、葡聚糖等)以共价或非共价键连接,组成植物细胞重要的结构——细胞壁。木聚糖主要存在于植物细胞的次生壁中,处于木质素及其它多聚糖之间,起着连接作用。也正由于这些侧链的不同,使得木聚糖的结构变化范围很大,从仅由β-1,4-糖苷键连接的多聚木糖线性分子到高度分枝的异质多糖。因此，要使木聚糖完全降解则需要多种水解酶的协同作用，这其中包括主链水解酶β－D－1,4内切木聚糖酶、β－D－1,4外切木糖苷酶和侧链水解酶a－L －阿拉伯呋喃糖苷酶、a－葡萄糖醛酸酶和乙酰木聚糖酯酶等。 木聚糖降解时，起主要作用的酶是β－D－1,4内切木聚糖酶和β－D－1,4外切木糖苷酶。β－D－1, 4内切木聚糖酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β- 1，4木糖苷键,其主要水解产物为低聚木糖、木寡糖、木二糖等；β－D－1,4外切木糖苷酶通过水解低聚木糖、木寡糖等的非还原性末端来催化释放木糖残基。另外, 参与彻底降解木聚糖的还有a－L－阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡萄糖醛酸苷酶、乙酰木聚糖酯酶及能降解木聚糖上阿拉伯糖侧链残基与酚酸(如阿魏酸或香豆酸)形成的酯键酚酸酯酶等侧链水解酶，它们作用于木糖与侧链取代基之间的糖苷键，协同主链水解酶的作用最终将木聚糖转化为它的组成单糖。 2. 区分木聚糖内外切酶测定方法 广义上的木聚糖酶是指可将木聚糖降解成低聚糖和木糖的一组酶的总称，因此常规木聚糖酶的检测方法仅是以酶降解木聚糖产生还原糖的量为标准来确定酶活单位，还原糖一般都以木糖等量。而实际上还原糖木糖是各种木聚糖水解酶协同作用的最终产物，这其中主要是内切木聚糖酶、外切木糖苷酶，但从常规检测方法上很难判断木聚糖酶的性质是内切还是外切。所以要想应用检测方法去区别木聚糖酶的性质是内
木聚糖酶的基因克隆及表达
木聚糖酶的基因克隆及表达 木聚糖酶（xylanase）主要包括β-1，4-木聚糖酶、β-1，4-木聚糖内切酶等，是指能够将木聚糖降解为低聚木糖或单糖的一组酶的总称。木聚糖是植物半纤维素的主要成分，约占植物总糖的1／3，是自然界中除纤维素外含量最丰富的再生生物资源［1］。木聚糖酶在饲料、造纸、食品、医药、能源等领域应用较广。木聚糖酶广泛存于微生物中，目前已从不同来源的微生物中分离得到上百种木聚糖酶。在自然界中，绝大多数野生型木聚糖酶的最适温度为40～60℃，酶活性不高，热稳定性较差［2］。因此，研究者把研究重点放在了利用分子生物学手段对原始菌株的木聚糖酶基因进行克隆上，并对其进行表达，以期获得使用更加方便、特性更加优异的工程菌株。本文对聚糖酶特性等进行了回顾，对其基因克隆和表达作一综述，并对分子生物学技术在木聚糖酶上的应用前景进行了展望。1木聚糖酶的研究现状国外对木聚糖酶的研究开始较早，生产技术及应用已趋于成熟。研究者对细菌、真菌和放线菌木聚糖酶的研究更加深入和广泛，早在1992年就已经实现了木聚糖酶的工业化生产。国内对木聚糖酶的研究起步较晚，但发展迅速。20世纪80年代初期，中国科学院微生物所张树政院士首先从海枣曲霉（Aspergillusphoenicis）中纯化得到了木聚糖酶Ⅰ~Ⅳ，并深入研究了活力较高的组分酶Ⅲ的酶学性质。目前，由于从这些野生型菌株中获得的木聚糖酶活性并不高，并且受到酶稳定性和底物特异性等方面的限制［2］，使研究者们将对木聚糖酶的研究重点放在了木聚糖酶基因克隆、表达和重组上，并在分子水平上对木聚糖酶进行改造。木聚糖酶基因克隆和表达的研究进展王丹丹1，2 综述，周晨妍1，付冠华1审校1.新乡医学院生命科学技术学院河南省医学遗传学与分子靶向药物高校重点实验室培育基地，河南新乡453003；2.新乡医学院三全学院，河南新乡453003 摘要：半纤维素分解微生物在自然界的物质循环过程中起着重要作用，半纤维素是植物多糖的重要成分之一，而木聚糖则是半纤维素的主要成分。木聚糖酶（xylanase）可催化木聚糖的水解，在各种生物体内均发现木聚糖酶。在过去几十年中，已有上百种木聚糖酶基因被克隆至同源或异源宿主内来表达木聚糖酶，以期改变宿主特性并适于商业应用。本文综述了木聚糖酶基因的克隆和表达，并对基因工程技术在木聚糖酶上的应用前景进行了展望。关键词：木聚糖酶；克隆；基因表达2木聚糖酶基因的克隆木聚糖水解酶系是一种复杂的复合酶系统，广泛分布于自然界的真菌和细菌中。已经报道的有细菌、真菌、酵母和放线菌等。在国内外研究最多的还是木霉、青霉、黑曲霉和棒曲霉等。到目前为止，已经有上百种来自细菌和真菌等微生物中的木聚糖酶基因被克隆，并在不同的表达系统中成功表达。从近几年克隆和表达出的木聚糖酶基因主要来自细菌、真菌、酵母和放线菌等，而研究最多的是木霉、青霉、黑曲霉和棒曲霉等。从这些野生菌种克隆出的木聚糖酶基因在不同宿主菌中已成功实现了异源表达。 木聚糖酶基因的表达3.1木聚糖酶基因在原核细胞内的表达木聚糖酶基因在原核细胞内的表达以大肠埃希菌的研究为热点。大肠埃希菌繁殖速度较快，是相对较理想的宿主细胞。将克隆得到的目的基因和原核载体经双酶切，胶回收产物与重组质粒经连接酶连接，转化合适的大肠埃希菌，选择培养基筛选阳性克隆子，并进行诱导表达。多数情况下，大肠埃希菌不但表达出目的蛋白，并且酶活力也有较大提高。见表2。 3.2木聚糖酶基因在真核细胞中的表达大肠埃希菌虽然繁殖速度较快，但由于其为原核生物，细胞外有一层厚厚的细胞壁，必须先破碎细胞壁，才能将目的蛋白释放出来，而真核细胞克服了原核细胞的这个缺点，可将表达的目的蛋白分泌到细胞外,便于分离纯化。能够表达木聚糖酶的真核细胞以酿酒酵母和毕赤酵母为代表，如水稻等真核细胞同样能够表达木聚糖酶，并且酶活也有一定程度的提高