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木聚糖酶的来源和应用
- 发布时间：2023-06-26
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木聚糖酶的来源和应用
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木聚糖酶的来源和应用
一、木聚糖酶的来源
木聚糖(xylan)是一种存在于植物细胞壁中的异质多糖，约占植物细胞干重的15%~35%，是植物半纤维素(hemicellose)的主要成分。大多数木聚糖是一种结构复杂的、具有高度分枝的异质多糖，含有许多不同的取代基。木聚糖的生物降解也因此需要一个复杂的酶系统，通过其中各种组分的相互协同作用来降解木聚糖。因此，木聚糖酶是一组酶，而非一种酶。
木聚糖酶在自然界分布广泛，可从动物、植物和微生物中获得。例如，海洋及陆地细菌、海洋藻类、真菌、酵母菌、瘤胃和反刍动物细菌、蜗牛、甲壳动物、陆地植物组织和各种无脊椎动物中都有木聚糖酶存在。微生物来源的木聚糖酶普遍存在于自然界中，且种类繁多，应用领域广泛，因此对微生物木聚糖酶的研究报道很多。
日前研究和应用得最多的是细菌和真菌来源的木聚糖酶，其中，细菌可以产生碱性和酸性木聚糖酶，而真菌只可产生碱性木聚糖酶。真菌中以丝状真菌分泌的胞外酶最高。目前，木聚糖酶主要利用真菌和细菌等微生物进行发酵生产。
二、木聚糖酶的作用原理
木聚糖水解酶系是一类降解木聚糖的酶系，包括β-1,4-内切木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-葡糖苷酸酶、乙酰基木聚糖酶和酚酸酯酶，可降解自然界中大量存在的木聚糖类半纤维素。在木聚糖水解酶系中，β-1,4-内切木聚糖酶是最关键的水解酶，它通过水解木聚糖分子的β-1,4-糖苷键，将木聚糖水解为小寡糖和木二糖等低聚木糖，以及少量的木糖和阿拉伯糖。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。
另外，参与彻底降解木聚糖的还有α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡萄糖醛酸苷酶、乙酰木聚糖酯酶，以及能降解木聚糖中阿拉伯糖侧链残基与酚酸(如阿魏酸或香豆酸)形成的酯键的酚酸酯酶等侧链水解酶，它们作用于木糖与侧链取代基之问的糖苷键，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。
三、木聚糖酶的应用
在造纸行业的应用：在纸浆蒸煮过程中，木聚糖部分溶解、变性并重新沉积在纤维表面上,造成纸浆基质堵塞。而木聚糖酶是降解木聚糖的专一性酶，它只降解木聚糖而不能使纤维素分解。此过程中若使用木聚糖酶，就可以清除部分再沉积下来的木聚糖。这样既增大了纸浆基质孔隙，使被困的可溶性木质素释放出来，同时也使得化学漂白剂能更有效地渗透进入到纸浆中。这样就可以提高纸浆的漂白率，减少化学漂白剂的用量,减少造纸过程中对大自然的污染。
在酿造、饲料工业的应用：木聚糖酶可以分解酿造或饲料工业中的原料细胞壁以及β-葡聚糖，将饲料的非淀粉多糖（NSPS）分解成较小聚合度的低聚木糖，从而改善饲料性能，消除或降低非淀粉多糖在动物肠胃中因粘度较大而引起的抗营养作用同时，它可以破坏植物细胞壁的结构，提高内源性消化酶的活性，提高饲料养分的利用。降低酿造中物料的粘度，促进有效物质的释放，以及降低饲料用粮中的非淀粉多糖，促进营养物质的吸收利用，并因而更易提取可溶性脂类成分。
果汁加工：在果汁加工中，传统的方法是直接榨汁或浸泡取汁，存在着很大缺陷，一方面是半纤维素、果胶、纤维素等包裹的有效成分不能充分提取，另外，水溶性的木聚糖、果胶黏度很高，造成提取液黏度很大，给生产带来很大的困难。在生产工艺中添加木聚糖酶、果胶酶等能有效释放营养物质，降低黏度，此外还能使果汁澄清。
在烘焙行业的应用：β-1，4-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木糖，是木聚糖降解酶系中最主要的酶。目前尚未找到木聚糖酶应用于面条加工的研究报道，但由于木聚糖酶能够水解戊聚糖，增加非淀粉多糖的水溶性，降低它们与水的结合力，这样就可以释放出大量的结合水。这些水可以提供给淀粉和面筋，使面团形成更好的面筋网络结构，提高面团的机械加工性能，改善面条的品质。在杏仁饼和曲奇饼干制作中，添加复合木聚糖酶会使面团具有更高的吸水率，更长的醒发时间，较低的黏度峰值，也使杏仁等干果和面团的结合率提升，提高稳定性。在馒头专用粉中，能增加弹性和延展性，改善面团的加工及稳定性，增大馒头比容，气孔均匀，对酵母和老面制作的馒头都有良好的质构特性。木聚糖酶能降低专用粉制作全麦面包的老化率和硬度，使全麦面包表面更加光滑，内部孔径更加均匀，面包更加柔软。
新能源燃料乙醇：能源是当今社会的必需品，是社会经济发展的重要物质基础，但是全球石油、煤炭和天然气等储量有限，燃料乙醇代替传统石油能源被看做一个有效的方法。生产这种替代能源的原料目前还主要以甘蔗、玉米等粮食为主，这无疑不是一个长久之计。利用作物秸秆这种可再生纤维素资源代替粮食开发新能源燃料乙醇视为科学研究热点。采用木聚糖酶和纤维素酶协同降解玉米秸秆可以增加糖化率。为秸秆纤维酶法降解工艺、构建乙醇发酵用工程菌、优化发酵工艺等研究添砖加瓦。
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