木聚糖酶是一種重要的工業(yè)酶制劑，現(xiàn)已從多種生物體中分離到大量的不同類型和功能的木聚糖酶，已經(jīng)在造紙、飼料、食品和釀酒行業(yè)被廣泛應(yīng)用。該文就木聚糖酶的來源、分類、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

　　木聚糖酶概述

　　半纖維素是聚合碳水化合物，是在植物細(xì)胞壁中與纖維素緊密結(jié)合的幾種不同類型的多糖混合物，包括有木聚糖、葡萄糖甘露聚糖、阿拉伯木聚糖、木葡聚糖、半乳葡萄甘露聚糖等多種組分。半纖維素是自然界中第二大豐富的多聚糖，而木聚糖是半纖維素中的主要成分，它在被子植物中占干重的15%—30%;在裸子植物中木聚糖含量占7%—12%。

　　木聚糖是一種復(fù)雜的多糖類物質(zhì)，其主干由β-1，4-糖苷鍵將β-D-吡喃木糖連接成多聚物;在多聚物主鏈β-D-吡喃木糖殘基的O-2或O-3位置上連有4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸、α-L-阿拉伯糖等，其中軟木木聚糖結(jié)構(gòu)上前者含量較高;同時(shí)其C2或C3常常會(huì)被乙酰化，被子植物如硬木的木聚糖中有70%—80%在C2或C3上被乙酰化，這影響了木聚糖在水中的可溶性，也就意味著自然界中有很大部分的木聚糖很難被分解利用。木聚糖酶是一種可將木聚糖降解成低聚木糖和木糖的多組分復(fù)合酶系，在半纖維多聚糖資源的利用以及工業(yè)應(yīng)用方面有巨大潛力。

　　木聚糖酶的來源

　　木聚糖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在主鏈上常常連有種類不一的支鏈，因而要降解利用木聚糖，亦需要相應(yīng)的各種酶的作用。木聚糖酶廣義上說是一種多聚復(fù)合酶，是能降解木聚糖的一類酶的總稱。它在自然界中來源極為廣泛，存在于細(xì)菌、真菌、蝸牛、甲殼動(dòng)物、反芻動(dòng)物、海洋藻類、陸地植物組織等。被報(bào)道的產(chǎn)木聚糖酶的微生物有木霉、曲霉、青霉、鏈霉菌、細(xì)菌等，其中被研究較多的是木霉、曲霉、細(xì)菌所產(chǎn)生的木聚糖酶，且不同來源的木聚糖酶，它們的酶學(xué)性質(zhì)也有所差異。

　　木聚糖酶的分類

　　廣泛意義上的木聚糖酶主要包括有三類：外切-β-1，4-木聚糖酶(EC 3.2.1.92)，該酶作用于寡聚木糖及木聚糖的非還原端;內(nèi)切-β-1，4-木聚糖酶(EC 3.2.1.8)，是降解木聚糖最主要的酶，作用于β-1，4-木聚糖的主鏈內(nèi)部切割β-1，4-糖苷鍵，該酶從不同位點(diǎn)上切割木聚糖和長(zhǎng)鏈的寡聚木糖，并產(chǎn)生木二糖及低聚木糖等水解產(chǎn)物;β-1，4-木糖苷酶(EC 3.2.1.37)，通過水解低聚木糖的末端來催化釋放木糖殘基。狹義的木聚糖酶則指的是內(nèi)切-β-1，4-木聚糖酶。

　　木聚糖酶的結(jié)構(gòu)

　　木聚糖酶來源廣泛、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若按照糖苷水解酶催化區(qū)域的氨基酸序列同源性和疏水性分析，則糖苷水解酶類可被分成多個(gè)家族。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)水解酶分類系統(tǒng)木聚糖酶主要包含有G/11和F/10家族水解酶類。F/10家族木聚糖酶包含有內(nèi)切-β-1，4-木聚糖酶、內(nèi)切-β-1，3-木聚糖酶等，其分子量相對(duì)較大，pI值較小，可以作用于對(duì)硝基苯纖維二糖和對(duì)硝基苯，低聚木糖是底物降解的主要產(chǎn)物;G/11家族木聚糖酶單一，pI值較大，分子量一般較小，對(duì)木聚糖的特異性相對(duì)較高，且其酶解產(chǎn)物主要為木糖。當(dāng)然在糖苷水解酶類5、7、8、16、26、43、52、62家族中也發(fā)現(xiàn)有些有木聚糖酶活性。

　　木聚糖酶，據(jù)其基因結(jié)構(gòu)及功能的分析表現(xiàn)出，有些木聚糖酶僅含催化區(qū)(CD)，有些則除了含有催化區(qū)外，還可能含有一些非催化區(qū)，如纖維素結(jié)合區(qū)(CBD)、木聚糖結(jié)合區(qū)(XBD)、熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)區(qū)、連接序列及其他未知功能的非催化區(qū)以及催化區(qū)等。

　　木聚糖酶的應(yīng)用

　　木聚糖酶在飼料中的應(yīng)用

　　在谷物細(xì)胞壁中含有阿拉伯木聚糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子，從而會(huì)影響家禽對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。木聚糖酶伴隨著葡聚糖酶、果膠酶、纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、植酸酶等運(yùn)用于動(dòng)物飼料中，這些酶能夠破壞阿拉伯木聚糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子的完整性，從而減小原材料的黏度，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。廖細(xì)古等發(fā)現(xiàn)：在以玉米-豆粕-雜粕型為基礎(chǔ)日糧，分別在基礎(chǔ)日糧上添加250g/t和500g/t的木聚糖酶，結(jié)果整個(gè)階段的肉鴨生長(zhǎng)增重分別比對(duì)照組增加了2.77%和4.96%，料重比分別下降了1.85%和2.11%，得出使用木聚糖酶對(duì)肉鴨的生產(chǎn)性能有一定的提高。龔敏等通過在日糧中加入阿拉伯木聚糖酶來研究仔豬生理生化指標(biāo)變化情況，得出在日糧內(nèi)添加阿拉伯木聚糖酶能提高斷奶仔豬的日增重，并且影響仔豬生長(zhǎng)性能和相關(guān)血液的生化指標(biāo)。

　　木聚糖酶是一種重要的工業(yè)酶制劑，現(xiàn)已從多種生物體中分離到大量的不同類型和功能的木聚糖酶，已經(jīng)在造紙、飼料、食品和釀酒行業(yè)被廣泛應(yīng)用。該文就木聚糖酶的來源、分類、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

　　木聚糖酶概述

　　半纖維素是聚合碳水化合物，是在植物細(xì)胞壁中與纖維素緊密結(jié)合的幾種不同類型的多糖混合物，包括有木聚糖、葡萄糖甘露聚糖、阿拉伯木聚糖、木葡聚糖、半乳葡萄甘露聚糖等多種組分。半纖維素是自然界中第二大豐富的多聚糖，而木聚糖是半纖維素中的主要成分，它在被子植物中占干重的15%—30%;在裸子植物中木聚糖含量占7%—12%。

　　木聚糖是一種復(fù)雜的多糖類物質(zhì)，其主干由β-1，4-糖苷鍵將β-D-吡喃木糖連接成多聚物;在多聚物主鏈β-D-吡喃木糖殘基的O-2或O-3位置上連有4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸、α-L-阿拉伯糖等，其中軟木木聚糖結(jié)構(gòu)上前者含量較高;同時(shí)其C2或C3常常會(huì)被乙酰化，被子植物如硬木的木聚糖中有70%—80%在C2或C3上被乙酰化，這影響了木聚糖在水中的可溶性，也就意味著自然界中有很大部分的木聚糖很難被分解利用。木聚糖酶是一種可將木聚糖降解成低聚木糖和木糖的多組分復(fù)合酶系，在半纖維多聚糖資源的利用以及工業(yè)應(yīng)用方面有巨大潛力。

　　木聚糖酶的來源

　　木聚糖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在主鏈上常常連有種類不一的支鏈，因而要降解利用木聚糖，亦需要相應(yīng)的各種酶的作用。木聚糖酶廣義上說是一種多聚復(fù)合酶，是能降解木聚糖的一類酶的總稱。它在自然界中來源極為廣泛，存在于細(xì)菌、真菌、蝸牛、甲殼動(dòng)物、反芻動(dòng)物、海洋藻類、陸地植物組織等。被報(bào)道的產(chǎn)木聚糖酶的微生物有木霉、曲霉、青霉、鏈霉菌、細(xì)菌等，其中被研究較多的是木霉、曲霉、細(xì)菌所產(chǎn)生的木聚糖酶，且不同來源的木聚糖酶，它們的酶學(xué)性質(zhì)也有所差異。

　　木聚糖酶的分類

　　廣泛意義上的木聚糖酶主要包括有三類：外切-β-1，4-木聚糖酶(EC 3.2.1.92)，該酶作用于寡聚木糖及木聚糖的非還原端;內(nèi)切-β-1，4-木聚糖酶(EC 3.2.1.8)，是降解木聚糖最主要的酶，作用于β-1，4-木聚糖的主鏈內(nèi)部切割β-1，4-糖苷鍵，該酶從不同位點(diǎn)上切割木聚糖和長(zhǎng)鏈的寡聚木糖，并產(chǎn)生木二糖及低聚木糖等水解產(chǎn)物;β-1，4-木糖苷酶(EC 3.2.1.37)，通過水解低聚木糖的末端來催化釋放木糖殘基。狹義的木聚糖酶則指的是內(nèi)切-β-1，4-木聚糖酶。

　　木聚糖酶的結(jié)構(gòu)

　　木聚糖酶來源廣泛、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若按照糖苷水解酶催化區(qū)域的氨基酸序列同源性和疏水性分析，則糖苷水解酶類可被分成多個(gè)家族。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)水解酶分類系統(tǒng)木聚糖酶主要包含有G/11和F/10家族水解酶類。F/10家族木聚糖酶包含有內(nèi)切-β-1，4-木聚糖酶、內(nèi)切-β-1，3-木聚糖酶等，其分子量相對(duì)較大，pI值較小，可以作用于對(duì)硝基苯纖維二糖和對(duì)硝基苯，低聚木糖是底物降解的主要產(chǎn)物;G/11家族木聚糖酶單一，pI值較大，分子量一般較小，對(duì)木聚糖的特異性相對(duì)較高，且其酶解產(chǎn)物主要為木糖。當(dāng)然在糖苷水解酶類5、7、8、16、26、43、52、62家族中也發(fā)現(xiàn)有些有木聚糖酶活性。

　　木聚糖酶，據(jù)其基因結(jié)構(gòu)及功能的分析表現(xiàn)出，有些木聚糖酶僅含催化區(qū)(CD)，有些則除了含有催化區(qū)外，還可能含有一些非催化區(qū)，如纖維素結(jié)合區(qū)(CBD)、木聚糖結(jié)合區(qū)(XBD)、熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)區(qū)、連接序列及其他未知功能的非催化區(qū)以及催化區(qū)等。

　　木聚糖酶的應(yīng)用

　　木聚糖酶在飼料中的應(yīng)用

　　在谷物細(xì)胞壁中含有阿拉伯木聚糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子，從而會(huì)影響家禽對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。木聚糖酶伴隨著葡聚糖酶、果膠酶、纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、植酸酶等運(yùn)用于動(dòng)物飼料中，這些酶能夠破壞阿拉伯木聚糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子的完整性，從而減小原材料的黏度，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。廖細(xì)古等發(fā)現(xiàn)：在以玉米-豆粕-雜粕型為基礎(chǔ)日糧，分別在基礎(chǔ)日糧上添加250g/t和500g/t的木聚糖酶，結(jié)果整個(gè)階段的肉鴨生長(zhǎng)增重分別比對(duì)照組增加了2.77%和4.96%，料重比分別下降了1.85%和2.11%，得出使用木聚糖酶對(duì)肉鴨的生產(chǎn)性能有一定的提高。龔敏等通過在日糧中加入阿拉伯木聚糖酶來研究仔豬生理生化指標(biāo)變化情況，得出在日糧內(nèi)添加阿拉伯木聚糖酶能提高斷奶仔豬的日增重，并且影響仔豬生長(zhǎng)性能和相關(guān)血液的生化指標(biāo)。

　　木聚糖酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用

　　木聚糖酶已廣泛的被用在面包加工制作業(yè)上，木聚糖酶能作用于水不溶性的木聚糖主干，釋放出水溶性的阿拉伯木聚糖，降低水不溶性木聚糖的分子量，提高面包的烘焙質(zhì)量。阿拉伯木聚糖的廣泛水解所引起的水在面筋及淀粉的分配，使得面團(tuán)更加柔軟且更有黏性。小麥中的木聚糖會(huì)影響面團(tuán)的流變學(xué)特性和面制品的品質(zhì)，而木聚糖酶能夠有效的改變生面團(tuán)的流變性質(zhì)。優(yōu)賽(UYSAL H)等在研究木聚糖酶對(duì)餅干加工制作的影響中發(fā)現(xiàn)，木聚糖酶可以提高面團(tuán)的拉力和柔軟度，從而降低了餅干的硬度并提高其伸展度。木聚糖酶降解產(chǎn)物木糖單體可衍生而成木糖醇，其可作為糖尿病或是肥胖癥患者的甜味劑，在市場(chǎng)上是一種暢銷的糖類替代品。

　　木聚糖酶在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用

　　木聚糖酶可以作用于植物細(xì)胞壁內(nèi)的木聚糖，促進(jìn)半纖維素的降解和淀粉的釋放，提高發(fā)酵效率，并增加乙醇的產(chǎn)率;同時(shí)能夠減少發(fā)酵液內(nèi)的黏稠度，提高啤酒的清澈度，改善啤酒的口感。

　　其他方面應(yīng)用

　　木聚糖酶的作用甚廣，除了上述作用外，木聚糖酶還可被用在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中;在植物油、淀粉、可溶性咖啡的制備過程中，木聚糖酶的作用可降低提取液的黏度，提高濃縮效率;木聚糖酶的降解產(chǎn)物木糖可以作為一些微生物的發(fā)酵底物，并進(jìn)一步用于發(fā)酵生產(chǎn)有價(jià)值的燃料及化工原料。

　　展望

　　木聚糖酶在工業(yè)上的作用廣泛，用來生產(chǎn)飼料、用于造紙等作物原料中都含有大量的木聚糖。木聚糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在不利于動(dòng)物對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)因子的吸收利用;木聚糖會(huì)阻礙紙漿中木質(zhì)素的溶出效果，為了紙漿更白更亮，在漂白過程中氯化物使用量也就無(wú)法控制;果蔬的外層是一層堅(jiān)硬的細(xì)胞壁，其可溶性木聚糖、果膠等黏性物質(zhì)，會(huì)使提取液黏度過大而造成后續(xù)的濃縮干燥工作困難。木聚糖酶對(duì)木聚糖的降解作用可以作為解決上述難題的一個(gè)很好途徑。

　　木聚糖酶能夠?qū)⒛揪厶墙到獬傻途勰咎牵岣吖I(yè)生產(chǎn)的效率、降低生產(chǎn)成本。因此，有不少科研工作者從土壤、酸堿等極端環(huán)境中，篩選產(chǎn)木聚糖酶的菌株。目前多數(shù)的木聚糖酶是來源于各類原始菌株的發(fā)酵生產(chǎn)，原始菌株產(chǎn)生的木聚糖酶優(yōu)勢(shì)在于其產(chǎn)生的是復(fù)合酶，對(duì)木聚糖的作用更為徹底。當(dāng)然，運(yùn)用基因工程手段來獲得木聚糖酶的研究也越來越多，木聚糖酶基因在大腸桿菌、釀酒酵母、畢赤酵母等宿主中均有獲得表達(dá)，雖然這種工程菌所表達(dá)的木聚糖酶較為單一，但它的意義卻不能忽視。對(duì)于一些來自極端環(huán)境微生物的木聚糖酶，在日常條件下我們很難人為的培養(yǎng)并使其產(chǎn)酶，如果能獲得目的基因并進(jìn)行異源表達(dá)，那么在生產(chǎn)上將產(chǎn)生很大價(jià)值。

　　不同的菌株它們產(chǎn)酶的情況各異。目前，已有很多關(guān)于木聚糖酶高產(chǎn)菌株或是極端產(chǎn)木聚糖酶菌株的報(bào)道，有些已經(jīng)成功的在工業(yè)中制成酶制劑。高品質(zhì)的木聚糖酶為造紙、飼料、食品等工業(yè)帶來的是低成本、高效率。我們相信隨著蛋白質(zhì)工程和基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)手段應(yīng)用于木聚糖酶研究上的，必會(huì)推動(dòng)木聚糖酶研究速度，為造紙、食品、飲料、保健品等方面帶來廣泛而顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。