木聚糖酶的基因来源及研究进展

1、木聚糖酶的基因来源及研究进展1木聚糖酶介绍木聚糖是半纤维索的一种组成部分，是半纤维索中含量蝕丰富的一种，主要成分是d- 木糖，是除纤维素之外白然界最为丰富的多糖，也是白然界中获得的可再生资源之一，几乎 所有植物都含有木聚糖，它是细胞壁的组成成分，占细胞t重的1530%。木聚糖是-种 结构复杂的非均一聚糖，主链骨架是由多个d木糖阜通过卩1, 4糖昔键相连而成。木聚糖 的完全降解需要多种水解酶的参与而共同完成。木聚糖酶是一类将木聚糖降解为低聚糖和木糖的一-组酶系，属于水解酶类。广义上包括 内切-0-1,4-木聚糖晦、外切-0-1,4-木聚糖酶和0 木二糖巷酶。内切-3-1,4-木聚糖卿优先 在不同

2、位点上作用于木聚糖和长链木寡糖，从3-1,4-木聚糖主链的内部切割木糖芹键，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-3-u4-木聚糖酶作用于木聚糖和木寡糖的非还原端，产物为木糖。 p 木二糖昔酶通过切割木寡糖末端而释放木糖残基。狭义上的木聚糖酶仅指内切-p -1,4-木 聚糖酶。2木聚糖酶的不同来源微生物来源的木聚糖酶的分了虽在8145 kda,它们只含一个亚基。一般来说，分子 最小于30 kda的木聚糖酶为碱性木聚糖酶，它们通常含w 182234个氨基酸残基；而分 子量大于30 kda的木聚糖陆为酸性木聚糖陆，它们通常含有2

3、69809个氨基酸残基。通 常细菌可产生两种木聚糖酣，即低分子量碱性木聚糖酶和高分子量的酸性木聚糖酶，但真菌 一般产生低分了量碱性木聚糖酶。据资料报道，产该酶的微牛物有儿十个属，一百多个种，主要來源于细菌和真菌。目前, 已从20余种细菌菌株、16种真菌、3种酵母以及8种放线菌屮分离出相应的木聚糖臨。2.1细菌来源的木聚糖酶目前对来源于细菌的木聚糖酶的酶学性质，研究得比较清楚，芽抱杆菌的研究多集屮在 环状芽抱杆菌(bacillus circulans di),短小芽砲杆菌(bacillus pumilus ash),枯草芽砲杆 菌(bacillus subfilis),凝结芽抱杆菌(bacill

4、us coagulcms):。芽抱杆菌产生的木聚糖陋的最 适ph在5.59.0,多数为ph 6.0；授适反应温度在5075°c,多数为70°c,分了量集中在 1656 kda,多数为24 kda。irwin等(1994)对嗜热单抱菌的木聚糖酶特性进行了分析，分 子量为32kda,在75°c, 18 ht酶活力为96%。某些放线菌也能产生木聚糖酶(ethier等， 1994)o表1近年细菌木聚糖酶的研究w是否工程菌发酵方式is参考文献bacillus circulans d1否液态深层 8.4u / mlbocchini 等(2005)发酵bacillus pumi

5、lus ash否固态发酵7087 u / g (t物质)battan 等(2006)bacillus sub til is否液态深层3194.25 u/mldeepak 等（2008）发酵bacillus subtil is ash否固态发酵8964 u / g （干物质）sanghi等（2009）e. coli是液态深层2122.5 u/mlrusli 等（2009）发酵2.2真菌来源的木聚糖酶2.2.1木霉木聚糖酶特性木霉(trichoderma harziamun)是一类工业上生产纤维素卿的主耍真菌，同吋一些木霉 也能产生各种不同的木聚糖腮。koyer等(1991)从里氏木霉中纯化得到两

6、种木聚糖陆，木聚 糖酶a的分子量为21.5kda,分解产物为木二糖和木三糖；木聚糖酶b分子量为33kda, 分解产物为木二糖和木糖。木二糖能抑制木聚搪酶b的酶活，而对木聚糖酶a无此效应。 里氏木霉制备的木聚糖酶，水解植物半纤维素后，分离提纯该酶解液，用hclp法分析其 组成为：木糖3.4%、木二糖37.9%、木三糖1&5%、木四糖6.5%、木五糖6.5%,其它27.2%(徐 勇等，2001)。植物半纤维素经低聚木糖彌的定向酶解后分离提纯的主要成分为木二糖和木 三糖。222曲霉木聚糖酶特性kimwa等(1995)从曲霉(aspergillus sojae) 111 到了内切卩1,4 一木

7、聚糖酶的两种同工 酶,分子量分别为32.7kda和35kda,等电点分别为3.50和3.75,这两种酶活性能明显被 mi占和edta所抑制。fernandez等(1995)发现，构巢|11|霉在以木聚糖为碳源时至少町分泌 三种内切卩一木聚糖酶：x22、x24、和x34,分了量分别为22、24和34kda,其+ x22是中 性酶，其余两种为酸性酶。此醜对木聚糖冇很高的专一性，是一种非脱支型木聚糖酶，与黑 曲霉木聚糖酶近似，但后者分子量较小(28kda)o表2近年霉菌木聚糖酶的研究荫株发酵方式酵活参考文献aspergillus niger xy-1固态发酵14637 u/g （干物质）xu 等（2

8、008）1aspergillus niger lbp 326固态发酵3099 iu/g （干物质）maciel 零（2008）aspergillus niger ss7液态深层发酵293.82 iu/mlyasser 等（2008）aspergillus terreus mtcc 8661固态发酵115000 u/g （干物质）lakshmi 等（2009）aspergillus foetidus mtcc 4898固态发酵2350 u/g (干物质valte® （2010）penicillium canescens 10-10c固态发酵14000 u/g （干物质）assamoi

9、等（2008）penicillium canescens固态发酵18895 u/g （干物质）assamoi 等（2010）thermonyces lanuginosus 195固态发酵2335 u/g (干物质)gaffney 等（2009）trichoderma harzianum ksr-2固态发酵146ru/mlsanghvi 等（2010）burkholderia sp. dmax固态发酵5600 u/g (干物质)mohana 等（2008）注：aspergillus niger xy-1 lbp326、ss7 黑曲密，aspergillus terreus mtcc8661 土曲

10、密，aspergillusfoetidus mtcc4898 臭川i窃，penicillium canescens 变灰青毒菌，thennonyces lanuginosus95 嗜热真菌，trichoderma harziamun ksr-2 木霉,burkholderia sp. dmax 伯克霍尔徳氏菌此外，裂褶菌（schizophylhmi commime）,固体培养产木聚糖醜酶活2700u/g,钧木霉（trichodenna hamatum）产木聚糖酶酶活 7000u/g，嗜热拟青霉（paecilomyces thermophila t18）通过小麦秸秆固体发酵产pwfw活18580

11、 u/g,里氏木霉（tfichode加a吨劇），产生的 木聚糖酶的最大酶活为335ou/ml,绿色木後：产生三种木聚糖酣xi、x ii和xiii,它们 最适反应温度分别为60°c.60°c、50°c,最适反应ph分别为5.5、5.0、4.5。2.3毕赤酵母表达的木聚糖酶 2.3.1表达细菌来源的木聚糖酶芽砲杆菌bacillus $p.ng27耐热耐碱木聚糖酶afo15445最适ph8.5,最适温度70°c,最高酶活：426 u/ml，成熟蛋白基因大小、编码氨基酸数目和 分子量大小都未知。表达菌株为gs115,表达载体是phbm905o2.3.2表达真菌来

12、源的木聚糖酶（1）曲霉，产生高稳定性木聚糖晦，最适ph5.0,最适温度60°c,比活856u/mg,成熟蛋 白基因555bp,编码185个氨基酸，分子量约26 kda,表达菌株x-33,表达载体pgap。（2）黑曲霉n402,产生耐高温木聚糖酶xyl,最适ph2.5,最适温度50°c,比活未知，成 熟蛋白基因636bp,成熟蛋白基因编码212个氨基酸，分了量约23kda,表达菌株 gs115smd1168,表达载体 pgapza。（3）.里氏木霉rut c- 30,产生酸性木聚糖fwxynii,最适ph5.0,最适温度60°c,比活 856u/mg,成熟蛋白棊因6

13、69bp,成熟蛋白基因编码223个氨棊酸，分了量为24.5 kda,表 达菌株gs115,表达载体ppic9k o（4）链霉菌（streptomyces olivaceoviridis al ）,最适 ph4.6,最适温度 50°c,比活未知,成 熟蛋白基因576bp,成熟蛋白基因编码191个氨基酸，分子量约23.0 kda。（5）橄榄绿链霉菌（streptomyces olivaceoviridis xynb）,最适 ph5.6,最适温度 60°c, 最高腮活10000 u/ml,比活1179.6 u/mg,成熟蛋白基因576bp,成熟蛋白基因编码191个 氨基酸，分子量

14、约23kda,表达菌株gs115,表达载休ppic9a。（6）瓶霉属：phialophora sp.j88高温酸性木聚糖酶xyn10j88最适ph： 4.0最适温度：70比活：350.6u/mg成熟蛋白基因：1137bp成熟蛋白基因编 码379个氨基酸 分子量为：40.0kda,表达菌株gs115,表达载体ppic9。3木聚糖酶的应用3.1木聚糖酶在饲料上的应用（1）木聚糖酶降解木聚糖，降低肠道食糜黏度，破坏植物细胞壁结构，消除具抗营养作川, 改善动物生产性能。降低饲料用粮中的非淀粉多糖，提高饲料代谢能，促进养分吸收。（2）消除木聚糖对内源酚的抑制，防止消化器官代偿性肥大。（3）木聚糖降解后生

15、成大量功能性寡糖（木二糖、木三糖等），改善肠道微生物区系，有 利于动物健康。（4）增加营养物质的吸收利用，减少粪便排放，保护环境，同时减少粪便有机物质分解产 生的有害气体对备禽的刺激，减少呼吸道疾病的发生。（5）减少饲料原料品质变异造成的饲料产品质量波动，稳定产品质量，减少投诉。（6）拓宽饲料原料使用范围，加大非常规饲料如隸皮、次粉、米糠等在饲料中的用量，降 低饲料配方成本。增强饲料和养殖企业赢利能力。在饲料制粒过程中有一个短暂的高温过程（温度一般在7593°c）, 般木聚糖酶在此温度下会大幅度丧失活性，因此能在饲料中真正推广的木聚糖酶必须具有良好的热稳定 性。一般來说，非淀粉多糖(

16、nsp)酶在75°c时是稳定的。80°c时腮活损失50%以上(pilip lobo 等，1998)；另一方面饲料屮木聚糖酶最终的作川场所是动物正常休温(37°c)的胃肠道屮，木 聚糖酶必须在常温下貝有较高的活性。近年来，己从嗜温微牛.物中发现了多种耐髙温木聚糖 酶，对它们的结构与热稳定性的研究将为木聚糖酶基因的分了改造提供理论依据。3.2在食品上的应用小麦而食。木聚糖酶在食品中的应用主耍是在小麦面粉的改良方面。小麦面粉中的戊聚 糖含量虽少，但却对而团的流变性质和而食品质有着显著影响。烘焙而包时，在而粉中加入 木聚糖酶可以改善面粉的切分、搓团和成型等机械加工性能，增

17、加面包的体积和比容，改善 面包心的弹性、硬度和柔软性，延缓面包的老化。同样，木聚糖猶还可以应用在馒头、蛋糕 等其他小麦食甜中，通过血粉持水性的改善和血筋网络结构的优化來提高其詁质，并可延长 其货架寿命。果蔬加工。果蔬细胞壁是山果胶质、纤维素和木聚糖等半纤维素组成的网状结构，可阻 止细胞内容物的渗出。因此，要将新鲜水果蔬菜加工成果蔬汁，关键是彻底水解果胶。过公, 人们认为只要有一定的果胶酶即可水解果胶，提高出汁率，但结果并不理想。示来发现将木 聚糖酚与纤维素酶和果胶酶介理搭配就可在温和的条件下破坏果蔬的细胞结构,提高出汁 率。同吋，由于该复合晦分解了果蔬中的果胶和半纤维素等物质，降低了果汁的粘度

18、，从而 也就加快了果汁的流出，使得压榨时间缩短，提高了工厂的牛:产效率。此外，部分木聚糖等 半纤维素在酶的作用下分解成水溶物，这也提高了饮料中可溶性固形物的含量。酿酒。在啤酒酿造中，木聚糖酶主要是应用在麦芽汁的生产上。生产中由于原料含b 葡聚糖和木聚糖较多，使得麦汁粘度高血难以过滤，并引起啤酒混浊、啤酒滤膜堵塞等问题。 在麦芽汁制备过程屮加入木聚糖酶示，酶不但能通过降解木聚糖破坏植物细胞壁，使细胞内 容物充分释放出来与麦芽中的淀粉酶和蛋白酶等水解酶充分接触而消化，缩短糖化时间，而 且还可以水解水溶性木聚糊，降低麦汁粘度，从而侑效地提高了麦芽汁的过滤速度。木聚糖 陆和b衙聚糖酚协同作用处理效果更佳。在匚i酒生产中，木聚糖陆的主要作用是和纤维素 酶等其他多糖水解酚协同破坏原料细胞的结构。这是因为白酒是以谷物的粉碎颗粒为原料进 行固体发酵而酿造的。因此，只有彻底破坏纤维素、半纤维素、果胶、蛋片质等纽分对淀粉 颗粒的