叶世超 薛婷 何文锦叶 冰莹 魏芳 陈由强
木聚糖酶是一种重要的工业酶制剂，现已从多种生物体中分离到大量的不同类型和功能的木聚糖酶，已经在造纸、饲料、食品和酿酒行业被广泛应用。该文就木聚糖酶的来源、分类、结构、应用等方面的研究现状和进展进行了综述，并对其应用前景进行了展望。
木聚糖酶概述
半纤维素是聚合碳水化合物，是在植物细胞壁中与纤维素紧密结合的几种不同类型的多糖混合物，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种组分。半纤维素是自然界中第二大丰富的多聚糖，而木聚糖是半纤维素中的主要成分，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%。
木聚糖是一种复杂的多糖类物质，其主干由β-1，4-糖苷键将β-D-吡喃木糖连接成多聚物;在多聚物主链β-D-吡喃木糖残基的O-2或O-3位置上连有4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸、α-L-阿拉伯糖等，其中软木木聚糖结构上前者含量较高;同时其C2或C3常常会被乙酰化，被子植物如硬木的木聚糖中有70%—80%在C2或C3上被乙酰化，这影响了木聚糖在水中的可溶性，也就意味着自然界中有很大部分的木聚糖很难被分解利用。木聚糖酶是一种可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的多组分复合酶系，在半纤维多聚糖资源的利用以及工业应用方面有巨大潜力。
木聚糖酶的来源
木聚糖的结构复杂，在主链上常常连有种类不一的支链，因而要降解利用木聚糖，亦需要相应的各种酶的作用。木聚糖酶广义上说是一种多聚复合酶，是能降解木聚糖的一类酶的总称。它在自然界中来源极为广泛，存在于细菌、真菌、蜗牛、甲壳动物、反刍动物、海洋藻类、陆地植物组织等。被报道的产木聚糖酶的微生物有木霉、曲霉、青霉、链霉菌、细菌等，其中被研究较多的是木霉、曲霉、细菌所产生的木聚糖酶，且不同来源的木聚糖酶，它们的酶学性质也有所差异。
木聚糖酶的分类
广泛意义上的木聚糖酶主要包括有三类：外切-β-1，4-木聚糖酶(EC 3.2.1.92)，该酶作用于寡聚木糖及木聚糖的非还原端;内切-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-木聚糖的主链内部切割β-1，4-糖苷键，该酶从不同位点上切割木聚糖和长链的寡聚木糖，并产生木二糖及低聚木糖等水解产物;β-1，4-木糖苷酶(EC 3.2.1.37)，通过水解低聚木糖的末端来催化释放木糖残基。狭义的木聚糖酶则指的是内切-β-1，4-木聚糖酶。
木聚糖酶的结构
木聚糖酶来源广泛、结构复杂，若按照糖苷水解酶催化区域的氨基酸序列同源性和疏水性分析，则糖苷水解酶类可被分成多个家族。经研究发现，根据水解酶分类系统木聚糖酶主要包含有G/11和F/10家族水解酶类。F/10家族木聚糖酶包含有内切-β-1，4-木聚糖酶、内切-β-1，3-木聚糖酶等，其分子量相对较大，pI值较小，可以作用于对硝基苯纤维二糖和对硝基苯，低聚木糖是底物降解的主要产物;G/11家族木聚糖酶单一，pI值较大，分子量一般较小，对木聚糖的特异性相对较高，且其酶解产物主要为木糖。当然在糖苷水解酶类5、7、8、16、26、43、52、62家族中也发现有些有木聚糖酶活性。
木聚糖酶，据其基因结构及功能的分析表现出，有些木聚糖酶仅含催化区(CD)，有些则除了含有催化区外，还可能含有一些非催化区，如纤维素结合区(CBD)、木聚糖结合区(XBD)、热稳定结构区、连接序列及其他未知功能的非催化区以及催化区等。
木聚糖酶的应用
木聚糖酶在饲料中的应用
在谷物细胞壁中含有阿拉伯木聚糖等抗营养因子，从而会影响家禽对营养的吸收。木聚糖酶伴随着葡聚糖酶、果胶酶、纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、植酸酶等运用于动物饲料中，这些酶能够破坏阿拉伯木聚糖等抗营养因子的完整性，从而减小原材料的黏度，促进动物对饲料营养物质的消化吸收。廖细古等发现：在以玉米-豆粕-杂粕型为基础日粮，分别在基础日粮上添加250g/t和500g/t的木聚糖酶，结果整个阶段的肉鸭生长增重分别比对照组增加了2.77%和4.96%，料重比分别下降了1.85%和2.11%，得出使用木聚糖酶对肉鸭的生产性能有一定的提高。龚敏等通过在日粮中加入阿拉伯木聚糖酶来研究仔猪生理生化指标变化情况，得出在日粮内添加阿拉伯木聚糖酶能提高断奶仔猪的日增重，并且影响仔猪生长性能和相关血液的生化指标。
叶世超 薛婷 何文锦叶 冰莹 魏芳 陈由强
木聚糖酶是一种重要的工业酶制剂，现已从多种生物体中分离到大量的不同类型和功能的木聚糖酶，已经在造纸、饲料、食品和酿酒行业被广泛应用。该文就木聚糖酶的来源、分类、结构、应用等方面的研究现状和进展进行了综述，并对其应用前景进行了展望。
木聚糖酶概述
半纤维素是聚合碳水化合物，是在植物细胞壁中与纤维素紧密结合的几种不同类型的多糖混合物，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种组分。半纤维素是自然界中第二大丰富的多聚糖，而木聚糖是半纤维素中的主要成分，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%。
木聚糖是一种复杂的多糖类物质，其主干由β-1，4-糖苷键将β-D-吡喃木糖连接成多聚物;在多聚物主链β-D-吡喃木糖残基的O-2或O-3位置上连有4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸、α-L-阿拉伯糖等，其中软木木聚糖结构上前者含量较高;同时其C2或C3常常会被乙酰化，被子植物如硬木的木聚糖中有70%—80%在C2或C3上被乙酰化，这影响了木聚糖在水中的可溶性，也就意味着自然界中有很大部分的木聚糖很难被分解利用。木聚糖酶是一种可将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的多组分复合酶系，在半纤维多聚糖资源的利用以及工业应用方面有巨大潜力。
木聚糖酶的来源
木聚糖的结构复杂，在主链上常常连有种类不一的支链，因而要降解利用木聚糖，亦需要相应的各种酶的作用。木聚糖酶广义上说是一种多聚复合酶，是能降解木聚糖的一类酶的总称。它在自然界中来源极为广泛，存在于细菌、真菌、蜗牛、甲壳动物、反刍动物、海洋藻类、陆地植物组织等。被报道的产木聚糖酶的微生物有木霉、曲霉、青霉、链霉菌、细菌等，其中被研究较多的是木霉、曲霉、细菌所产生的木聚糖酶，且不同来源的木聚糖酶，它们的酶学性质也有所差异。
木聚糖酶的分类
广泛意义上的木聚糖酶主要包括有三类：外切-β-1，4-木聚糖酶(EC 3.2.1.92)，该酶作用于寡聚木糖及木聚糖的非还原端;内切-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-木聚糖的主链内部切割β-1，4-糖苷键，该酶从不同位点上切割木聚糖和长链的寡聚木糖，并产生木二糖及低聚木糖等水解产物;β-1，4-木糖苷酶(EC 3.2.1.37)，通过水解低聚木糖的末端来催化释放木糖残基。狭义的木聚糖酶则指的是内切-β-1，4-木聚糖酶。
木聚糖酶的结构
木聚糖酶来源广泛、结构复杂，若按照糖苷水解酶催化区域的氨基酸序列同源性和疏水性分析，则糖苷水解酶类可被分成多个家族。经研究发现，根据水解酶分类系统木聚糖酶主要包含有G/11和F/10家族水解酶类。F/10家族木聚糖酶包含有内切-β-1，4-木聚糖酶、内切-β-1，3-木聚糖酶等，其分子量相对较大，pI值较小，可以作用于对硝基苯纤维二糖和对硝基苯，低聚木糖是底物降解的主要产物;G/11家族木聚糖酶单一，pI值较大，分子量一般较小，对木聚糖的特异性相对较高，且其酶解产物主要为木糖。当然在糖苷水解酶类5、7、8、16、26、43、52、62家族中也发现有些有木聚糖酶活性。
木聚糖酶，据其基因结构及功能的分析表现出，有些木聚糖酶仅含催化区(CD)，有些则除了含有催化区外，还可能含有一些非催化区，如纤维素结合区(CBD)、木聚糖结合区(XBD)、热稳定结构区、连接序列及其他未知功能的非催化区以及催化区等。
木聚糖酶的应用
木聚糖酶在饲料中的应用
在谷物细胞壁中含有阿拉伯木聚糖等抗营养因子，从而会影响家禽对营养的吸收。木聚糖酶伴随着葡聚糖酶、果胶酶、纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、植酸酶等运用于动物饲料中，这些酶能够破坏阿拉伯木聚糖等抗营养因子的完整性，从而减小原材料的黏度，促进动物对饲料营养物质的消化吸收。廖细古等发现：在以玉米-豆粕-杂粕型为基础日粮，分别在基础日粮上添加250g/t和500g/t的木聚糖酶，结果整个阶段的肉鸭生长增重分别比对照组增加了2.77%和4.96%，料重比分别下降了1.85%和2.11%，得出使用木聚糖酶对肉鸭的生产性能有一定的提高。龚敏等通过在日粮中加入阿拉伯木聚糖酶来研究仔猪生理生化指标变化情况，得出在日粮内添加阿拉伯木聚糖酶能提高断奶仔猪的日增重，并且影响仔猪生长性能和相关血液的生化指标。
木聚糖酶在食品工业中的应用
木聚糖酶已广泛的被用在面包加工制作业上，木聚糖酶能作用于水不溶性的木聚糖主干，释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，提高面包的烘焙质量。阿拉伯木聚糖的广泛水解所引起的水在面筋及淀粉的分配，使得面团更加柔软且更有黏性。小麦中的木聚糖会影响面团的流变学特性和面制品的品质，而木聚糖酶能够有效的改变生面团的流变性质。优赛(UYSAL H)等在研究木聚糖酶对饼干加工制作的影响中发现，木聚糖酶可以提高面团的拉力和柔软度，从而降低了饼干的硬度并提高其伸展度。木聚糖酶降解产物木糖单体可衍生而成木糖醇，其可作为糖尿病或是肥胖症患者的甜味剂，在市场上是一种畅销的糖类替代品。
木聚糖酶在酿酒工业中的应用
木聚糖酶可以作用于植物细胞壁内的木聚糖，促进半纤维素的降解和淀粉的释放，提高发酵效率，并增加乙醇的产率;同时能够减少发酵液内的黏稠度，提高啤酒的清澈度，改善啤酒的口感。
其他方面应用
木聚糖酶的作用甚广，除了上述作用外，木聚糖酶还可被用在生物学实验研究中;在植物油、淀粉、可溶性咖啡的制备过程中，木聚糖酶的作用可降低提取液的黏度，提高浓缩效率;木聚糖酶的降解产物木糖可以作为一些微生物的发酵底物，并进一步用于发酵生产有价值的燃料及化工原料。
展望
木聚糖酶在工业上的作用广泛，用来生产饲料、用于造纸等作物原料中都含有大量的木聚糖。木聚糖等抗营养因子的存在不利于动物对饲料中营养因子的吸收利用;木聚糖会阻碍纸浆中木质素的溶出效果，为了纸浆更白更亮，在漂白过程中氯化物使用量也就无法控制;果蔬的外层是一层坚硬的细胞壁，其可溶性木聚糖、果胶等黏性物质，会使提取液黏度过大而造成后续的浓缩干燥工作困难。木聚糖酶对木聚糖的降解作用可以作为解决上述难题的一个很好途径。
木聚糖酶能够将木聚糖降解成低聚木糖，提高工业生产的效率、降低生产成本。因此，有不少科研工作者从土壤、酸碱等极端环境中，筛选产木聚糖酶的菌株。目前多数的木聚糖酶是来源于各类原始菌株的发酵生产，原始菌株产生的木聚糖酶优势在于其产生的是复合酶，对木聚糖的作用更为彻底。当然，运用基因工程手段来获得木聚糖酶的研究也越来越多，木聚糖酶基因在大肠杆菌、酿酒酵母、毕赤酵母等宿主中均有获得表达，虽然这种工程菌所表达的木聚糖酶较为单一，但它的意义却不能忽视。对于一些来自极端环境微生物的木聚糖酶，在日常条件下我们很难人为的培养并使其产酶，如果能获得目的基因并进行异源表达，那么在生产上将产生很大价值。
不同的菌株它们产酶的情况各异。目前，已有很多关于木聚糖酶高产菌株或是极端产木聚糖酶菌株的报道，有些已经成功的在工业中制成酶制剂。高品质的木聚糖酶为造纸、饲料、食品等工业带来的是低成本、高效率。我们相信随着蛋白质工程和基因工程等现代生物技术手段应用于木聚糖酶研究上的，必会推动木聚糖酶研究速度，为造纸、食品、饮料、保健品等方面带来广泛而显著的经济效益和社会效益。
