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

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。

另外，根据木聚糖酶的来源不同木聚糖酶可分为细菌木聚糖酶、曲霉木聚糖酶和木霉木聚糖酶。从酶的分子量上划分，可分低分子量木聚糖酶和高分子量木聚糖酶。

2木聚糖酶的特性

2.1理化性质

不同来源的木聚糖酶其组成和催化性质各不相同，但它们的理化性质有相似之处。大多数微生物木聚糖酶为单亚基蛋白，分子质量8～145ku，等电点pI值3～10，最适作用温度为40～75℃。细菌、真菌产木聚糖酶的最适温度范围是40～60℃，真菌木聚糖酶的耐热性通常比细菌木聚糖酶的差一些。嗜温性细菌产的木聚糖酶能在105～110℃，pH值5.3下具有最佳活力。

根据酶的理化特性，可分为两大类，即分子量小于30ku的酶和分子量大于30ku 的酶，前者通常为碱性蛋白，后者通常为酸性蛋白[3]。一般情况下，细菌可产生两种木聚糖酶，即低分子量的碱性木聚糖酶和高分子量的酸性木聚糖酶，而真菌中没有这种现象，产生低分子量的碱性木聚糖酶。

2.2 诱导特性

微生物木聚糖酶通常是诱导型的，但也有很少数是组成型的。通常，木聚糖酶的诱导是相当复杂的，其诱导水平也因微生物的差异而差别较大：某种微生物

的诱导物可能是另一种微生物的抑制剂。另外，底物衍生物和酶反应的终产物在木聚糖酶的诱导中也起到正向作用，在浓度较高时，可能成为微生物产酶的抑制剂。木聚糖酶是微生物常见的诱导物，它是一种大分子聚合物，不能穿过细胞壁，直接进入微生物细胞内。随着微生物细胞的生长，首先分泌除少量的组成型木聚糖酶，把木聚糖酶降解成低聚木糖、木二糖和木糖。少量的降解产物先结合到细胞表面上，再进入细胞内，启动转录加强酶的合成[4]。

3木聚糖酶在食品、制浆造纸和饲料行业中的应用

3.1木聚糖酶在食品行业中的应用

3.1.1在焙烤食品中的应用

面粉中的非淀粉多糖主要是戊聚糖，化学结构上属于阿拉伯木聚糖，占小麦粉干基的1.5%～3%，对面团的流变学特性及制品的品质等有显著的影响。木聚糖酶改良面包的作用机理仍不清楚，大多数研究认为是由于木聚糖酶降解阿拉伯木聚糖，尤其是其中的水不溶性木聚糖，不仅能提高面团的机械加工性能，而且可以增加面包体积，改善面包心质地以及延缓老化等，提高了面团的机械加工性能，改善了面制品的品质[5]。

3.1.2在酿酒行业中的应用

在我国，酿酒行业对国民经济的发展有着不可忽视的作用。酿酒的原料中含有较多的木聚糖、β-葡聚糖，从而造成麦汁过滤困难、啤酒浑浊等问题。通过木聚糖酶在啤酒酿造过程中的使用，可使啤酒澄清，降低生产成本。木聚糖酶在酿酒工业中的要求首先是要能够耐酸性，以适应实际的生产条件，其次该酶应该有较好的底物水解针对性，能够快而有效地分解谷物细胞壁中的木聚糖，从而加快其它淀粉酶的作用，再次就是木聚糖酶的产率要高，这样才能够有经济上的可行性来将耐酸性木聚糖酶应用于酿酒行业中。在烧酒、清酒的酿造中应用木聚糖酶有助于提高发酵效率，增加酒精产量[6]。基于成本的考虑，至今为止，尚未见到有工业化使用木聚糖酶于酒类的酿造过程中，但是在葡萄酒和日本大麦烧酒的生产中，己经有了木聚糖酶的应用研究，并且取得了比较好的结果。

3.1.3在制备功能性低聚糖中的应用

由于单糖分子结合的位置和结合的类型不同，低聚糖种类繁多。根据低聚糖是否具有保健功能可将其分为普通低聚糖和功能性低聚糖两大类。功能性低聚糖是指在人体肠道中没有水解那些低聚糖的酶系统，因为它们不被人体消化吸收而直接进人大肠内优先为双歧杆菌利用，是双歧杆菌的增殖因子，如低聚木糖、低聚果糖等。

低聚木糖作为一种附加值高、市场前景看好的功能性食品添加剂，是目前国内外竞相研究开发的功能性低聚糖之一[7]。低聚木糖亦称木寡糖，是由2～10个单糖分子构成的短链糖聚合物。低聚木糖具有良好的生理学功能，在人体内难以消化，肠道内残存率高，具有极好的双歧杆菌增殖活性，成人日服用量只要达到0.7克，就有明显的双歧杆菌增殖效果[8]，远远低于其他低聚糖的服用量。它的甜度为蔗糖的40倍，食用该糖后不会导致血浆中葡萄糖水平大幅度上升，因而可以作为糖尿病或肥胖症患者的甜味剂。低聚木糖对pH值及热的稳定性较好，可用作食品工业中的黏稠剂和脂肪替代品，或者用在食品添加剂中作为抗冻剂、低热量甜味剂等。低聚木糖能调整菌群平衡、改善肠道功能、抑制肠道腐败、降低血脂胆固醇、增强机体的免疫功能等，低聚木糖还具有防止便秘、抗龋齿、促进钙的吸收等功能。

3.2 木聚糖酶在制浆造纸行业中的应用

木聚糖酶在纸浆造纸工业中应用主要是对纸浆的溶解和漂白。木聚糖酶对硫酸盐纸浆进行预漂白是未来制浆和造纸工业的一个重要发展方向。山牛皮纸浆或硫酸盐纸浆经过进一步精制和纯化而得的高纯度纤维素浆即溶解纸浆，通过衍生反应可以形成多种可溶性衍生物，这些可溶性衍生物可用于生产各种人造丝、纤维酯或塑胶。据报道，用少量的木聚糖酶处理草浆可显著改进草浆的滤水性、脆性等性能，提高纸浆白度和强度，使草浆有可能替代部分木浆生产高质量的纸制品。经木聚糖酶处理后的纸浆漂白可以降低20%～40%漂白剂用量。1986年，Chev -alier等人首次报道了木聚糖酶对硫酸盐纸浆的漂白有增强作用[9]。另外，木聚糖酶在造纸工业中还用于废纸脱墨，使脱墨容易，并可减少化学药品的用量。3.3木聚糖酶在饲料行业中的应用