木聚糖酶的分子改造方法及其工業(yè)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

張燕青,張超群,王浩猛,3*

(1.天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院,天津 300222；2.北華航天工業(yè)學(xué)院 機械系,河北 廊坊 065000；3.康希諾生物股份公司,天津 300222)

木聚糖是一種多聚五碳糖,是植物半纖維素主要成分,是繼纖維素之后的含量第二豐富的再生生物資源。主鏈由D-木糖通過β-1,4-糖苷鍵連接而成,側(cè)鏈上連著多種取代基,主要有O-乙酰基、4-O-甲基-D-葡糖醛酸殘基、L-阿拉伯糖殘基等,故木聚糖屬雜合多聚分子。且這些側(cè)鏈與植物細(xì)胞細(xì)胞壁中其他幾種多糖(如木質(zhì)素、纖維素、果膠、葡聚糖等)以共價或非共價鍵連接故木聚糖的徹底降解需要多種酶參與[1]。廣義的木聚糖酶指能將半纖維素木聚糖徹底降解一組酶的總稱,包括多種內(nèi)切酶和外切酶。通常說的木聚糖酶僅指內(nèi)切-β-1,4-D-木聚糖酶(endo-β-1,4-D-xylanase)[EC3.2.1.8],主要降解木聚糖主鏈骨架,是木聚糖降解酶系中最關(guān)鍵的酶,由于其廣泛應(yīng)用于造紙、食品、飼料添加等方面,也是當(dāng)前研究的熱點,本文將主要介紹內(nèi)切β-1,4-D-木聚糖酶(簡稱木聚糖酶)的一些生化特性,常用分子改造方法及其目前的重要應(yīng)用[2-3]。

目前木聚糖酶的生產(chǎn)主要通過真菌、細(xì)菌等微生物獲得,但表達(dá)量低,抗逆性差,很難滿足工業(yè)生產(chǎn)需求,基因工程技術(shù)和蛋白質(zhì)工程的快速發(fā)展成為解決這一缺陷的有效手段。該文介紹了木聚糖酶的生化特性,人工改良木聚糖酶的方法以及木聚糖酶的應(yīng)用,以期推動酶制劑行業(yè)的健康發(fā)展。

1 木聚糖酶的生化特性

1.1 木聚糖酶的誘導(dǎo)性

木聚糖酶主要是誘導(dǎo)酶,木聚糖酶的生產(chǎn)除了和菌株本身的特點息息相關(guān)外,還與培養(yǎng)基中的誘導(dǎo)物密切相關(guān)。向基質(zhì)中加入誘導(dǎo)物可以產(chǎn)生誘導(dǎo)效應(yīng)或者阻遏作用,并且一種物質(zhì)對于某一微生物生產(chǎn)木聚糖酶具有誘導(dǎo)活性,但對于另外一微生物可能是抑制劑[4-5]。研究證明,木聚糖自身是絕大部分木聚糖酶菌株的有效誘導(dǎo)劑。此外,某些小分子物質(zhì)(如葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、乳糖等)對不同菌株產(chǎn)酶的影響則不同,如葡萄糖、木糖對于一些菌株的產(chǎn)酶過程是誘導(dǎo)劑,而對于另一些菌株卻有著明顯的阻遏作用。

1.2 木聚糖酶的耐熱性

不同來源的木聚糖酶的組成和性質(zhì)差別很大,如來源于細(xì)菌和放線菌的木聚糖酶的最適溫度為50～60℃,真菌木聚糖酶的最適溫度為50℃左右,其耐熱性比細(xì)菌來源的木聚糖酶差一些,嗜熱微生物能產(chǎn)生耐高溫木聚糖酶,更有利于某些工業(yè)化生產(chǎn)過程,如制漿過程是用高溫蒸煮法除去木屑中的木質(zhì)素。因此,用于紙漿漂白的木聚糖酶應(yīng)是耐熱的[6]。

1.3 木聚糖酶的耐酸堿性

不同來源的木聚糖酶的最適pH和pH穩(wěn)定范圍也各不相同。一般情況,來源于真菌的木聚糖酶為酸性木聚糖酶,最適pH值為4.0～6.0；來源于細(xì)菌和放線菌的木聚糖酶為中性或堿性木聚糖酶,pH穩(wěn)定性較真菌木聚糖酶高,穩(wěn)定于6.0～8.0,而極端微生物則能產(chǎn)生適宜于特殊環(huán)境的木聚糖酶[7]?，F(xiàn)已有一些嗜酸性和耐堿性細(xì)菌的木聚糖酶基因通過載體構(gòu)建以及受體菌的選擇獲得高效表達(dá)。

1.4 木聚糖酶普遍的糖基化現(xiàn)象

在許多真核微生物所產(chǎn)的木聚糖酶中還普遍存在糖基化現(xiàn)象,如耐溫真菌(Talaramyces byssochlamydoides)YH-50的糖基組成為甘露糖、葡萄糖和核巖藻糖,Clostridium stercoraruan、Streptontycessp.和堿性耐溫Bacillussp.等原核微生物的木聚糖酶也是糖蛋白,這也是木聚糖酶多樣性的原因之一[8-10]。

1.5 木聚糖酶的其他性質(zhì)

微生物來源的木聚糖酶分子質(zhì)量在8 000～145 000 u,通常為蛋白質(zhì)亞基；不同的木聚糖酶的等電點為3～10；不同來源的木聚糖酶的氨基酸組成差異性不大,主要為丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸、絲氨酸和蘇氨酸等。

2 人工改良木聚糖酶的方法

為了獲得酶學(xué)特性優(yōu)良的木聚糖酶,科學(xué)家不斷人工改良酶分子的方法。而常規(guī)的誘變育種方法由于難以在短期內(nèi)達(dá)到預(yù)期目標(biāo),且操作過程危險,所以逐漸被基因工程或蛋白質(zhì)工程技術(shù)取代。目前,人工改良木聚糖酶分子主要通過理性設(shè)計、非理性設(shè)計及介于兩者之間的半理性設(shè)計來實現(xiàn)。

2.1 理性設(shè)計

根據(jù)已有信息通過改變或修飾酶分子中的個別氨基酸殘基而產(chǎn)生具有預(yù)期新功能的酶分子突變體的方法,即為理性設(shè)計。

理性設(shè)計需要對所研究的木聚糖酶分子進(jìn)行較全面了解,只有在掌握大量信息的前提下才能做出具有實用性的改造方案。經(jīng)過大量的積累木聚糖分子結(jié)構(gòu)與功能等相關(guān)方面的信息才能有目標(biāo)的選取突變位點并對其做出改造。理性設(shè)計不僅需要對木聚糖分子的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行透徹的解析,而且還需要熟悉酶分子的一級結(jié)構(gòu)與立體結(jié)構(gòu)間復(fù)雜的對應(yīng)關(guān)系,并作出合理判斷,此外經(jīng)修飾導(dǎo)致的特定區(qū)域內(nèi)某氨基酸殘基改變而導(dǎo)致的蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變往往不能通過計算機輔助預(yù)測。但是隨著研究的進(jìn)一步發(fā)展,理性設(shè)計在分析和分子模擬對接的基礎(chǔ)上,找出木糖酶結(jié)構(gòu)上的關(guān)鍵位點進(jìn)行相應(yīng)改造,目標(biāo)更為明確,操作相對簡單,理性設(shè)計必將成為酶改造的主流方案。來源于黑曲霉(A.niger)的木聚糖酶XynB性質(zhì)優(yōu)良:高比酶活性,穩(wěn)定性強,抗胃蛋白酶和胰蛋白酶,無纖維素酶活性等。作為飼料添加劑應(yīng)用時該酶的熱穩(wěn)定性方面存在一定的不足。崔羅生[11]根據(jù)該木聚糖酶的空間模擬結(jié)構(gòu)以及二硫鍵引入分析軟件(Disulfide by design version 1.20)的分析結(jié)果,設(shè)計了定點突變位點,引入二硫鍵的同時將表面的Ser/Thr突變?yōu)锳rg,在保持該酶上述優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上,將木聚糖酶基因人工改良,從而提高了酶的熱穩(wěn)定性,更適應(yīng)飼料生產(chǎn)的要求。

2.2 非理性設(shè)計

通過隨機突變、基因重組等方法得到突變體庫,然后采用定向篩選方法得到所需酶分子的方法,即為非理性設(shè)計。

非理性設(shè)計無需了解木聚糖酶分子準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)及其他方面的相關(guān)信息。但此方法突變較為隨機、實驗周期長、工作量較大、篩選獲得目的菌株幾率低,給科研帶來成果的同時,也將隨著科研技術(shù)的進(jìn)步而被逐漸取代。

2.2.1 改善木聚糖酶分子應(yīng)用性能的改造方法

酶的體外定向進(jìn)化(人為的分子進(jìn)化)即體外模擬隨機突變、重組和自然選擇等自然進(jìn)化機制,創(chuàng)造體外特殊條件,隨機誘變天然酶基因,用高效簡潔的篩選方法定向選出所需的突變酶。常用于木聚糖酶的體外定向改造獲得突變酶庫的方法有易錯聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)、脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)改組、串聯(lián)重復(fù)插入、交錯延伸重組、臨時模板隨機嵌合生長等。

易錯PCR(error-pronePCR)和連續(xù)易錯PCR(sequential error-pronePCR)改變普通PCR的反應(yīng)條件(調(diào)整4種脫氧核糖核苷三磷酸(deoxy-ribonucleoside triphosphate,dNTP)的比例、添加Mn2+、上調(diào)Mg2+的濃度、使用較低保真度的Taq酶等)將堿基隨機錯配率相對提高,在原來序列上引入多出點突變,構(gòu)建質(zhì)量高,容量大的突變庫,利用簡便的方法篩選出優(yōu)質(zhì)的目的突變體,此方法即為易錯PCR。介于該方法只在單一分子內(nèi)部發(fā)生遺產(chǎn)改變,所以稱其為無性進(jìn)化。其耗時費力,故只用來對較小基因片段(＜800bp)進(jìn)行改造。通常經(jīng)一輪的易錯PCR很難篩選到滿意的突變株,故需連續(xù)多輪易錯PCR(sequential error-prone PCR),該方法是將上一次易錯PCR的有益突變基因片段作為下一次易錯PCR的模板,依次循環(huán)連續(xù)地進(jìn)行隨機誘變,疊加每一次的有益突變而獲得大幅度突變的結(jié)果。MCHUNU N P等[12]通過易錯PCR的方法提高了一個來自疏棉狀嗜熱絲孢菌(Thermomyces lanuginosus)的木聚糖酶的耐堿性,突變體酶在pH 10.0、溫度60℃的條件下酶活還可保持84%,而天然酶僅剩22%。WANG Y J等[13-14]利用易錯PCR和基于DNA重排的家族重排技術(shù),與蛋白質(zhì)半理性設(shè)計相結(jié)合改良1個來源于嗜熱脂肪芽孢桿菌(Geobacillus Stearothermophilus)的木聚糖酶XT6的熱穩(wěn)定性,穩(wěn)定性最佳的突變體酶含有13個氨基酸的替換,該替換導(dǎo)致其半衰期是親本型的52倍,最適溫度從77℃升高至87℃,催化效率提高90%。

DNA改組(DNA shuffling)和基因家族改組(DNA family shuffling)是一種在體外進(jìn)行的同源重組的技術(shù)。對來源不同但功能相近的同源基因群進(jìn)行改造,從而獲得優(yōu)勢突變組合的蛋白?；静僮髁鞒?選定基因,經(jīng)過隨機突變,生成帶有不同突變的基因群,用DNase I隨機切割,所得到的片段之間互為模板和引物進(jìn)行多輪不添加引物的PCR,直至獲得全長基因,最后加入依據(jù)完整基因兩端序列設(shè)計的引物進(jìn)行常規(guī)PCR,獲得改組后的基因庫。此方法能快速積累有益突變,具有理論和實際應(yīng)用價值[15-16]?；蚣易甯慕M利用DNA shuffling技術(shù),對在自然界進(jìn)化上相關(guān)的一系列基因或基因家族進(jìn)行同源改組。XIAT等[17]利用DNA shuffling技術(shù)使得來自于Strepto-myceslividans的木聚糖酶的耐堿性和熱穩(wěn)定性都得到改善,改良后的最優(yōu)突變體在70℃條件下維持酶活性可達(dá)6h之久,并且該酶在pH 9.0環(huán)境下穩(wěn)定性也有所增加。PARK Y M等[18]通過DNA shuffling技術(shù)對來源于Bacillus cereus的木聚糖酶基因進(jìn)行研究,得到的突變酶YM20的最適pH有所提高(從5.5上升至6.5)。同時比酶活增幅較大,比親本酶提高了350%。

串聯(lián)重復(fù)插入(tandem repeat insertions,TRINS)通過滾環(huán)復(fù)制的方式將原始基因以兩個或多個序列串聯(lián)的形式插入到目的基因中。TRINS模擬自然進(jìn)化過程中的復(fù)制插入機制,當(dāng)沒有合適的高通量篩選時,TRINS的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了。

交錯延伸重組(stagger extension process,STEP)將帶有不同點突變的模板進(jìn)行混合,合并普通PCR的退火和延伸兩步為一步,進(jìn)而縮短反應(yīng)時間,合成非常短的新生鏈,此后再以這些新生鏈作為引物隨機地雜交到含不同突變的模板上,繼續(xù)PCR,反復(fù)進(jìn)行該過程,結(jié)果會得到含有模板上間隔序列的新生的全長基因,從而得到新性質(zhì)的酶。

臨時模板隨機嵌合生長(random chimeragenesis on transienttemplates,RACHITT)是把隨機切割的基因短片段雜交到一個臨時DNA模板上,排序后進(jìn)行修剪重復(fù)、填補空隙和連接的方法。其中臨時模板是一條間隔一定序列插入尿嘧啶的單鏈DNA,懸垂切割獲得更短的片段,然后進(jìn)行重組。

各種新的構(gòu)建酶分子突變文庫方法的陸續(xù)出現(xiàn),極大地推動了木聚糖酶定向改良技術(shù),擴大了木聚糖酶制劑工業(yè)應(yīng)用范圍的同時也為高效準(zhǔn)確地篩選目標(biāo)木聚糖酶提出了難題。

2.2.2 提高木聚糖酶蛋白異源表達(dá)產(chǎn)量的分子改造方法

基因工程的迅猛發(fā)展已使得很多木聚糖酶蛋白產(chǎn)品實現(xiàn)了在工程菌株中的異源表達(dá),由于影響木聚糖酶蛋白異源表達(dá)的因素較多,微生物酶分子設(shè)計時需關(guān)注的一個重要方面就是要消除影響外源基因表達(dá)的諸多不利因素,從而提高表達(dá)量?？蓱?yīng)用于木聚糖酶改造良的策略有:改造信號肽、密碼子優(yōu)化和mRNA的二級結(jié)調(diào)整、截斷表達(dá)、融合表達(dá)等手段。

改造信號肽:需要被運輸?shù)教囟ㄎ恢玫亩嚯亩己幸欢畏Q之為信號肽的氨基酸序列,將多肽引導(dǎo)至對應(yīng)的位置。外源蛋白分泌至胞外,一方面消除了對宿主細(xì)胞的正常生長代謝的影響,另一方面避免了宿主對目的蛋白的降解,此外還可以提高純化效率。因此通過目的基因自身的信號肽或表達(dá)載體的信號肽實現(xiàn)分泌表達(dá)來提高外源基因的產(chǎn)量是比較可取的生產(chǎn)方式。合適的信號肽甚至可使目的蛋白分泌到胞外的目的蛋白含量達(dá)到到胞外總蛋白的90%以上[19]。對于某些難分泌的蛋白,則可嘗試采用其他的信號肽,或者對原有信號肽進(jìn)行改造[20]。MOROSOLI R等[21]通過置換信號肽的方式提高了變鉛青鏈霉菌(Streptomyces lividans)的木聚糖酶產(chǎn)量,變鉛青鏈霉菌的木聚糖酶A基因的信號肽在上游序列第57個核苷酸處被纖維素酶A的信號肽序列所置換,后者包括一個反向重復(fù)序列(5′-TGGGAACGCTCCCA),反向重復(fù)的3′末端包含一個盒子(TCCCA),它是和變鉛青鏈霉菌的16S rRNA互補的。去除反向重復(fù)和盒子,木聚糖酶的產(chǎn)量減少了90%。還原反向重復(fù)序列,而盒子從5個核苷酸減少至4個,木聚糖酶的產(chǎn)量減少了40%。保留4個核苷酸的反向重復(fù)但把盒子從5個延長到6個核苷酸,能使產(chǎn)量增加1.5倍。去除反向重復(fù)并引入一個8個核苷酸的盒子,木聚糖酶產(chǎn)量將提高1.9倍,達(dá)到平均2.3g/L。最有效的盒子應(yīng)為6～8個核苷酸,且位于第一個起始密碼子下游第14～19個核苷酸。

密碼子優(yōu)化和mRNA的二級結(jié)調(diào)整:不同物種由于表達(dá)系統(tǒng)缺乏識別某些密碼子的tRNA而具有密碼子偏愛性。如果外源基因中含有較多的宿主菌非偏愛型密碼子,就會嚴(yán)重影響其在宿主菌中的表達(dá)。由于密碼子的兼并性,故可在不改變外源基因氨基酸序列的前提下,優(yōu)化外源基因而提高外源蛋白的表達(dá)量。MECHOLD U等[22]將生物素酶(bacterialbiotinylationenzyme)BirA密碼子進(jìn)行優(yōu)化后,其表達(dá)量提高5倍。YINE K等[23]根據(jù)大腸桿菌密碼子的偏愛性和mRNA的二級結(jié)構(gòu)對來源于Thermomyceslanuginosus的木聚糖酶基因進(jìn)行優(yōu)化,構(gòu)建重組表達(dá)質(zhì)粒pHsh-xynAl使得轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的二級結(jié)構(gòu)最低自由能由27.46 J/mol降至20.76 J/mol,且優(yōu)化后的蛋白表達(dá)量顯著提高。

截斷表達(dá):對于酶蛋白分子,其編碼基因序列的有些區(qū)域并非酶活性所必須,特定的或隨機截斷某些基因片段,通過此種改造方法可改善酶學(xué)性質(zhì)滿足生產(chǎn)需要。其中截斷位點可以是單一的也有進(jìn)行多位點截留的。通過隨機截斷從而構(gòu)建出截斷庫,然后篩選得到目的突變酶。HAI T等[24]通過對來源于Nostoc ellipsosporum NE1的藻青素合成酶的截短研究發(fā)現(xiàn),截去C端45個氨基酸后該酶仍然保留全酶的活性,繼續(xù)向上截去一個氨基酸Glu865,則酶活全部喪失,由此得出Glu865在是該酶活性中心的一個關(guān)鍵氨基酸,同時截斷表達(dá)還可以協(xié)助研究酶特定氨基酸殘基的功能。

融合表達(dá):雙功能酶是一條多肽鏈,能同時催化兩個不同的生化反應(yīng)。雙功能酶通常效催效率比較高,由于反應(yīng)發(fā)生在同一條肽鏈上。雙功能酶的出現(xiàn)對生命體的生存有著重要意義,目前普遍認(rèn)為是在自然進(jìn)化的選擇壓力下,編碼功能相關(guān)蛋白的基因之間的融合而形成的[22]。這樣功能相關(guān)的基因同位于一條肽鏈上即可享用同一套調(diào)控元件,能高效方便地調(diào)控蛋白質(zhì)表達(dá)。此外拉進(jìn)空間位置增強了蛋白質(zhì)間的互作。雙功能酶通常由兩個或多個結(jié)構(gòu)域組成,如DAVIDS T等[26]從一株熱纖維梭菌(Clostridium thermocellum)中分離得到一個由GH10家族木聚糖酶和酯酶組成的雙結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)。

2.3 半理性設(shè)計

在酶分子基因序列比對分析的基礎(chǔ)上,找出潛在的關(guān)鍵氨基酸殘基位點進(jìn)行定點突變,通過驗證核得到目標(biāo)酶突變體,即為半理性設(shè)計(semi-rational design)。該方法相對非理性設(shè)計中的定向進(jìn)化目標(biāo)更明確、成功率無疑也提高了,而且不需了解木聚糖酶晶體結(jié)構(gòu),還避免了大量篩選工作,半理性設(shè)計改造策略成為了木聚糖酶酶分子改造的一種更合適的選擇SRIPRANG R等[27]通過相關(guān)序列比對和分子構(gòu)象動力學(xué)分析后,來源于Aspergillus niger BCC14405的木聚糖酶進(jìn)行相關(guān)序列比并對其進(jìn)行分析,選擇性地將Ser/Thr平面的一些Ser和Thr用Arg替代,耐熱性有所提高,熱穩(wěn)定性明顯提高了18～20倍,由此證明了G/11家族在Ser/Thr平面引入Arg,有利于提高酶的熱穩(wěn)定性。

3 木聚糖酶的應(yīng)用

3.1 面食方面

木聚糖酶在食品加工方面的主要應(yīng)用是作為小麥面粉添加劑來改良面制品色香味各方面質(zhì)量。小麥面粉中的戊聚糖非淀粉多糖(non-starch polysaccharides,NSPs)主要成份是阿拉伯木聚糖,含量雖然很少,但由于結(jié)合水的能力較高,對面團(tuán)的流變性質(zhì)和面食品質(zhì)有顯著影響[28]。阿拉伯木聚糖又包括水浸出性水不溶性阿拉伯木聚糖,其中水浸出性阿拉伯木聚糖有利于面食制品的烹飪加工,而水不溶性阿拉伯木聚糖則相反。木聚糖酶的添加能明顯提高面團(tuán)中水浸出性阿拉伯木聚糖含量,從而可以改良食品的質(zhì)量。袁建國等[29]發(fā)現(xiàn)木聚糖酶在饅頭加工中也具有獨特的優(yōu)勢,尤其與葡糖氧化酶、淀粉酶、脂肪酶等復(fù)配使用效果更加明顯,復(fù)配后木聚糖酶的添加量降低至40%～50%,其他各種酶的添加量也大大降低,經(jīng)復(fù)配酶改良的饅頭體積增大,口感輕柔,彈韌性好,且保鮮時間較原來延長了約1 d,但饅頭的增白度有待加強,所以木聚糖酶與其他乳化劑或酶制劑復(fù)配仍需繼續(xù)研究。李秀婷等[30]的研究結(jié)果表明,適量添加木聚糖酶后烘焙出的面包不僅質(zhì)地潔白均勻、入口松軟細(xì)膩而且過早老化的問題也得到了改善。顧宇峰等[31]發(fā)現(xiàn)在面包的生產(chǎn)中添加適量木聚糖酶后,面團(tuán)的操作性能得到了明顯改善,體積平均增大10%以上,同時面包心部分色澤比對照品更白,入口時的輕柔感更為強烈。

3.2 果蔬加工及釀酒方面

在釀酒行業(yè),果蔬等加工過程中都需要較低pH的酸性木聚糖酶,但是目前報道的酸性木聚糖酶產(chǎn)量有限,活力低,耐酸性弱,但我國對于酸性木聚糖酶的研究還處于初期階段。故利用基因工程等相關(guān)分子生物學(xué)技術(shù)深入對酸性木聚糖酶研究,滿足生產(chǎn)需要的同時推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

產(chǎn)業(yè)化釀酒中的木聚糖酶需滿足以下3個基本特性:一是耐酸性,因為實際生產(chǎn)條件偏酸；二是底物特異性強,可以高效降解原料細(xì)胞壁中的木聚糖,使淀粉酶有效地發(fā)揮作用；三是產(chǎn)率要高,能夠降低成本,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性。釀制白酒以多種谷物為原料,固體發(fā)酵時,需充分水解除去纖維素、半纖維素、果膠等組分的外壁屏蔽作用,淀粉、蛋白質(zhì)等有效成分的才能快速溶出,進(jìn)而淀粉酶的糖化作用才能充分發(fā)揮,縮短糖化時間,提高發(fā)酵效率,增加酒精產(chǎn)率[32]。啤酒和葡萄酒釀造中在麥芽汁制備過程中添加外源性木聚糖酶和相關(guān)的多糖酶能有效降低麥芽汁黏度,從而提高麥汁的過濾速度和得率[33],同時啤酒和葡萄酒的質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到明顯改善。植物細(xì)胞壁通常是由纖維素、半纖維素和果膠等組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),要將新鮮的蔬菜、水果加工成果蔬汁、速溶果蔬粉等,首先需去除外層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。將木聚糖酶與果膠酶和纖維素酶按一定配比組合后就可以高效酶解掉細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。殷露琴等[34]發(fā)現(xiàn)淀粉酶、木聚糖酶和纖維素酶混合使用可在一定程度上降低可可粉的粒徑,提高可可飲料的溶解穩(wěn)定性和飲料中可溶性固形物的含量。

3.3 保健方面

木聚糖酶在保健方面的應(yīng)用主要是酶法生產(chǎn)功能性低聚木糖。目前,低聚木糖主要是以玉米芯、甘蔗渣、麥麩、稻殼為原料,制備得到木聚糖后用木聚糖酶水解獲得。酶法批量生產(chǎn)低聚木糖首要改良該過程需要的木聚糖酶,以符合工藝需求、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿足需求。我國對功能性低聚糖的開發(fā)起步較晚,對于低聚木糖制備生產(chǎn)工藝研究少,目前成品較單一遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場需要。

功能食品低聚木糖具有良好的生理學(xué)功能:如增殖腸道內(nèi)雙歧桿菌、降低血脂、膽固醇、抗齲齒、低熱量、促進(jìn)鈣的吸收等。此外低聚木糖還具有耐熱、抗酸、防凍和不易消化、保存期長、降低水活度等優(yōu)點,低聚木糖已成為國際新型低聚糖類產(chǎn)品,作為功能性食品添加劑廣泛應(yīng)用于食品業(yè)中。

3 結(jié)論與展望

目前前期的大量研究使得人們對木聚糖酶分子結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性有了一定程度的了解,通過分子改造等生物技術(shù)得到了一些適合工業(yè)生產(chǎn)的改良蛋白酶,但還尚未形成系統(tǒng)的,具有指導(dǎo)性的,普遍適用的方法論。隨著基因工程和蛋白質(zhì)工程等高新技術(shù)的深入發(fā)展,科學(xué)的方法論體系必將在大量科研實踐的基礎(chǔ)上建成,從而創(chuàng)造出各行各業(yè)需要的性質(zhì)優(yōu)良的酶制劑在推動社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和人民生活水平提高,為酶制劑行業(yè)的健康發(fā)展做鋪墊。

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