微生物阿魏酸酯酶及其在食品中的應(yīng)用研究進展

陳舒薇，王丹蕓，婁婷婷，吳子健，張宏宇*，王素英，李炳娟，張得光，楊金山

（1.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津 300134；2.天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津 300457；3.天津海關(guān)動植物與食品檢測中心，天津 300461）

阿魏酸（ferulic acid，F(xiàn)A）又稱4-羥基-3-甲氧基肉桂酸，具有較好的抗氧化性，能夠清除自由基[1]。在乳制品中，F(xiàn)A 可與酪蛋白交聯(lián)提高牛奶的穩(wěn)定性。FA也可與細(xì)胞壁多糖交聯(lián)提高生物利用率調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。FA 常以單體或二聚體形式存在于共生科單子葉科（如小麥、水稻、大麥、燕麥、玉米、高粱和甘蔗）的植物細(xì)胞壁多糖網(wǎng)絡(luò)和甜菜粕、谷殼、米糠等食品加工材料中，可以使植物細(xì)胞壁多糖彼此交聯(lián)并與木質(zhì)素交聯(lián)，從而限制多糖水解酶對這些底物的水解[2]。

阿魏酸酯酶（feruloyl esterases，F(xiàn)AEs）是羧酸酯酶的一個亞類，可通過水解羥基肉桂酸和阿拉伯木聚糖之間的酯鍵，釋放游離的羥基肉桂酸如FA，同時可充當(dāng)輔助酶，協(xié)助其他酶在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中進入其作用位點。FAEs 大多來源于真菌[3-5]、細(xì)菌[6-7]以及放線菌[8]等微生物，少數(shù)來源于植物。FAEs 的水解或酯交換產(chǎn)物具有降血脂、抗血栓、抗菌消炎、疏散血小板、清除自由基、提高免疫力、預(yù)防阿爾茲海默癥等功效[9]，可作為添加劑和抗氧化劑等用于酒類、面包、茶葉的生產(chǎn)[1]。

自1987年被發(fā)現(xiàn)以來[10]，關(guān)于FAEs 的新酶挖掘、性質(zhì)鑒定、構(gòu)效關(guān)系解析以及分子改造等方面的研究不斷被報道?；诖?，本文總結(jié)近年來FAEs 的來源、結(jié)構(gòu)、分類、催化機理和分子改造等方面的研究進展，并重點討論FAEs 在食品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景，以期為FAEs 的進一步挖掘和應(yīng)用提供參考。

1 阿魏酸酯酶概述

1.1 阿魏酸酯酶的來源

1987年，Mackenzie 等[10]首次在橄欖色鏈霉菌（Streptomycesolitrochromogenes）中發(fā)現(xiàn)了FAEs，1991年Faulds 等[11]將其分離純化。研究發(fā)現(xiàn)，原核生物（細(xì)菌）和真核生物（真菌和植物）中均含有FAEs，其中真菌來源的FAEs 占據(jù)主要地位，植物FAEs 的相關(guān)報道較少，僅有的研究報道均以來源于大麥芽的FAEs 為研究對象。目前已得到功能驗證及表征的FAEs 見表1。

表1 近5年不同來源的FAEs 及其底物譜Table 1 Feruloyl esterases from different sources and their substrate spectra identified in recent five years

目前已發(fā)現(xiàn)的FAEs 來源真菌主要包括黑曲霉（Aspergillusniger）[3]、黃曲霉（Aspergillusflavus）、土曲霉（Aspergillusterreus）[4]、裂褶菌（Schizophyllumcommune）、紫孢側(cè)耳菌（Pleurotussapidus）、太瑞斯梭孢殼霉（Thielaviaterrestris）[5]、米麴菌（Aspergillusoryzae）、嗜熱毛殼菌（Chaetomiumthermophilum）[25]、纖維素分解菌（Talaromycescellulolyticus）[4]、尖刀鐮孢菌（Fusarium oxysporum）、嗜熱鐮孢菌（Scytalidiumthermophilum）[27]、宇佐美曲霉（Aspergillususamii）[29]、立枯絲核菌（Rhizoctoniasolani）、絲狀真菌柄孢霉（Podosporaanserina）[24]、微細(xì)正青霉（Eupenicilliumparvum）[19]、嗜熱毀絲霉（Myceliophthorathermophila）[20]、產(chǎn)紫青霉（Penicilliumpurpurogenum）[3]、韋臘鏈霉菌（Streptomyceswerraensis）以及產(chǎn)黃青霉（Penicilliumchrysogenum）[21]等。FAEs 的來源細(xì)菌主要包括普雷沃氏菌（Prevotellasp.）[6]、大腸桿菌（Escherichiacoli）、嗜熱纖維梭菌（Clostridiumthermocellum）、梭狀芽孢桿菌（Clostridiumsp.）、卷曲乳桿菌（Lactobacilluscrispatus）[7]、吡咯伯克霍爾德氏菌（Burkholderiapyrrocinia）[22]、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、發(fā)酵乳桿菌（Lactobacillusfermentum）[15]、淀粉乳桿菌（Lactobacillusamylovorus）[26]、嗜酸乳桿菌（Lactobacillusacidophilus）[30]、約氏乳桿菌（Lactobacillus johnsonii）[6]、法氏乳桿菌（Lactobacillusfarciminis）、短小芽孢桿菌（Bacilluspumilus）[23]、熱葡萄糖苷地芽孢桿菌（Geobacillusthermoglucosidasius）[17]、纖維堆囊菌（Sorangiumcellulosum）和腸擬桿菌（Bacteroidesintestinalis）等。FAEs 的來源放線菌主要包括橄欖色鏈霉菌（Streptomycesolivaceus）和肉桂鏈霉菌（Streptomycescinnamoneus）[8]等?；诤昊蚪M分析的FAEs 的來源微生物包括瘤胃微生物[6]、白蟻腸道微生物、堆肥微生物、土壤微生物[28]和馬糞便微生物。

1.2 阿魏酸酯酶的分類

FAEs 可水解多種底物，如MFA、MCA、ChA/CGA、RA等，F(xiàn)AEs 環(huán)內(nèi)氨基酸殘基、催化位點附近的結(jié)構(gòu)以及底物結(jié)合位點的差異使FAEs 具有不同的底物譜。最早的FAEs 分為A 型和B 型，該方法主要依據(jù)FAEs 酯化釋放阿魏酸二聚體進行分類。后來，F(xiàn)AEs 被分為A、B、C、D 4 類，該分類方法依據(jù)FAEs 對4 種模式底物的水解特性及釋放二阿魏酸的能力（見表2 和圖1）。但該分類方法不包括部分細(xì)菌來源的FAEs，這部分FAEs 被歸類為E 類。

圖1 羥基肉桂酸、羥基肉桂酸酯及阿魏酸二聚體結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of hydroxycinnamic acid，hydroxycinnamic acid ester，and ferulic acid dimer

表2 FAEs 的分類Table 2 Classification of feruloyl esterases

2 阿魏酸酯酶的結(jié)構(gòu)及其催化機制

2.1 阿魏酸酯酶的三維結(jié)構(gòu)

FAEs 為高度分化的酯酶，在結(jié)構(gòu)上有明顯差異。目前，包括來源于嗜熱纖維梭菌[31]、黑曲霉[32]、米麴菌、肉桂鏈霉菌、植物乳桿菌、尖刀鐮孢菌[33]、熱葡萄糖苷地芽孢桿菌[34]以及腸擬桿菌[35]等的FAEs 已經(jīng)獲得晶體結(jié)構(gòu)。不同來源的FAEs 屬于不同家族，但大多遵循Ser-His-Asp 三聯(lián)體的催化機制并以絲氨酸（Ser）為親核中心。圖2 列舉了3 種不同來源的FAEs 晶體結(jié)構(gòu)。

圖2 不同來源的FAEs 晶體結(jié)構(gòu)Fig.2 Crystal structures of different feruloyl esterases

2001年，來源于嗜熱纖維梭菌的FAEs 晶體結(jié)構(gòu)首次被解析，其催化三聯(lián)體為Ser954-Asp1018-His1058，屬于α/β 水解酶[36]。2004年Hermoso 等[37]解析了AnFaeA 的晶體結(jié)構(gòu)，其來源于黑曲霉，催化三聯(lián)體為Ser133-Asp194-His247，活性位點由蓋子結(jié)構(gòu)（殘基68-80）和環(huán)（殘基226-244）組成。2018年Misugi等[8]解析了肉桂鏈霉菌來源的FAEs 結(jié)構(gòu)，其三聯(lián)體為Ser191-Asp214-His268，loop 環(huán)（Lys142-Asp152）組成疏水口袋。2011年，Udatha 等[38]報道了324 個FAEs 序列的Ser-Asp-His 催化三聯(lián)體。有報道顯示，在紫孢側(cè)耳菌中發(fā)現(xiàn)了罕見的Ser-His-Glu 催化三聯(lián)體水解機制，該三聯(lián)體由親核絲氨酸、絕對保守的組氨酸和酸性殘基（天冬氨酸或谷氨酸）組成，天冬氨酸和谷氨酸都可以作為水解催化三聯(lián)體中的質(zhì)子受體，這種機制在FAEs 中很罕見，多見于α/β 水解酶超家族。

目前，較多關(guān)于黑曲霉來源的FAEs 文獻被報道。Hermoso 等[37]已解析來源于黑曲霉的AnFaeA（PDB：1USW）。來源于黑曲霉的FAEs 催化位點構(gòu)象見圖3。

圖3 來源于黑曲霉的FAEs 催化位點構(gòu)象Fig.3 Conformation of catalytic site of feruloyl esterases from Aspergillus niger

AnFaeA 的構(gòu)象采用α/β 水解酶折疊構(gòu)象，由一組主要的9 鏈混合β 折疊、兩組次要的2 鏈β 折疊和7 個α 螺旋組成。AnFaeA 存在3 個二硫鍵，其中Cys29-Cys258 形成了一個包埋Trp 殘基的疏水口袋。AnFaeA 的催化三聯(lián)體為Ser133-Asp194-His247，Ser殘基具有構(gòu)成親核的共有序列GXSXG。AnFaeA 有類似于脂肪酶蓋子結(jié)構(gòu)（Lid）的α-螺旋結(jié)構(gòu)（68～80 位殘基），但相較脂肪酶蓋子結(jié)構(gòu)，AnFaeA 具有更高比例的極性氨基酸殘基和α-螺旋結(jié)構(gòu)糖基化修飾（N79 YTL）。這使AnFaeA 不具有脂肪酶相應(yīng)結(jié)構(gòu)的“開-關(guān)”活性中心的功能，也不具備“界面激活”的催化特性。

2.2 阿魏酸酯酶的催化機理

FAEs 常使用阿魏酰寡糖（如阿魏酸-Ara-Xyl1-3、阿魏酸-Ara 1-3、對香豆酰Ara-Xyl1-3）、羥基肉桂酸模型底物（甲基、乙基、對硝基苯基、α-萘基阿魏酸）、短鏈脂肪酸模型底物（如α-乙酸萘酯、乙酸傘形花酯和丁酸傘形花酯）作為活性測定底物。但該模型只顯示該酶是否具有活性，而不顯示它們是否對FA 或羥基肉桂酸具有特異性。自然界中FAEs 可以以麥麩、玉米秸稈等植物生物質(zhì)為底物，水解羥基肉桂酸和木聚糖相連的酯鍵釋放羥基肉桂酸，也可以水解生成酚類化合物。在麥麩、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物中，酯鍵將羥基肉桂酸和阿魏酸二聚體與木聚糖相連，具體見圖4。

圖4 羥基肉桂酸和阿魏酸二聚體連接阿拉伯木聚糖酯Fig.4 Linkage of hydroxycinnamic acid and diferulic acid with arabinoxylan ester

FAEs 催化機制與絲氨酸蛋白酶家族一致，常使用絲氨酸親核攻擊反應(yīng)。催化過程分為?；兔擋蓚€步驟，脫酰步驟決定了催化效率。FAEs 的催化機理見圖5。

圖5 FAEs 的催化機理Fig.5 Catalytic mechanism of feruloyl esterases

?；^程起始于絲氨酸中的羥基氧親核攻擊底物酯鍵中的羰基碳，隨后絲氨酸的質(zhì)子轉(zhuǎn)移到組氨酸咪唑基團。羰基氧（氧陰離子）與兩個NH 基團（氧陰離子洞）通過靜電作用維持穩(wěn)態(tài)；質(zhì)子化的組氨酸與天冬氨酸形成氫鍵。此時底物酯與三元催化體構(gòu)成過渡態(tài)四面體。隨后，質(zhì)子化的組氨酸將質(zhì)子傳遞給底物酯中的氧，此時四面體穩(wěn)態(tài)破壞，形成?；?酶中間體，進入脫酰過程。脫酰過程：形成中間體后弱親核試劑（水、低聚寡糖、醇類物質(zhì)）攻擊酰基-酶中間體中的羰基碳，隨后組氨酸奪取弱親核試劑中的質(zhì)子，形成新的過渡態(tài)四面體。之后質(zhì)子被質(zhì)子化的組氨酸轉(zhuǎn)移到絲氨酸的羥基氧中，新的四面體解體釋放底物。

3 阿魏酸酯酶的工程化改造及高通量篩選

天然來源的FAEs 熱穩(wěn)定性差、催化活力弱，因此FAEs 的分子改造獲得了廣泛的研究。目前，F(xiàn)AEs 的改造策略主要包括定向進化、半理性設(shè)計以及理性設(shè)計。部分FAEs 分子改造的代表性成果見表3。

表3 部分FAEs 分子改造的代表性成果Table 3 Representative results of molecular modification of feruloyl esterases

3.1 阿魏酸酯酶的定向進化

定向進化方法主要分為基于非重組的體外隨機進化、基于重組的體外隨機進化和基于重組的體內(nèi)隨機進化。基于非重組的體外隨機進化如易錯PCR（errorprone PCR，epPCR）、基于重組的體外隨機進化如DNA改組（DNA shuffling）[47]、基于重組的體內(nèi)隨機進化如多元基因組工程（multiplex automated genome engineering，MAGE）、多元質(zhì)粒工程（multiplex iterative plasmid engineering，MIPE）等，以上策略均已廣泛應(yīng)用。ep-PCR 也稱隨機突變，指在擴增目的基因的同時引入堿基錯配，控制DNA 突變頻率是關(guān)鍵。epPCR 理想堿基置換率依賴于隨機突變的DNA 片段長度，DNA 突變頻率一般為每1 000 個堿基0.25～20 個置換。Varriale等[44]通過epPCR 技術(shù)進行定向進化試驗以獲得比野生酶活性更高的變體。最佳變體L432I 粗上清液可水解除MSA 外的所有受試底物，其對MpCA、MFA 和MCA 的水解活性高于野生型FoFaeC。

DNA 改組技術(shù)又稱有性PCR，通過組合親本基因群中的突變以獲取最佳突變組合的酶。DNA 改組不僅可加速積累有益突變，而且可使酶的兩個或更多的已優(yōu)化性質(zhì)合為一體。Li 等[41]采用DNA 改組技術(shù)，從由4 種同源親本FAEs 構(gòu)建的DNA 改組文庫中篩選出熱穩(wěn)定性增強的嵌合體FAEs，加入2～4 個有益突變后，與親本酶相比嵌合體65 ℃下的半衰期增加了22 倍，F(xiàn)A 的釋放量增加了12.8 倍。

3.2 阿魏酸酯酶的半理性設(shè)計

半理性設(shè)計采用非隨機方式更有針對性地改造蛋白質(zhì)、提高篩選效率，包括蛋白質(zhì)序列比對、晶體結(jié)構(gòu)分析等。半理性設(shè)計的關(guān)鍵是通過計算機模擬獲得潛在的有益突變位點，再利用適當(dāng)?shù)娘柡屯蛔兗夹g(shù)構(gòu)建突變文庫。飽和突變技術(shù)包括基因位點飽和誘變技術(shù)（gene site saturation mutagenesis，GSSM）、組合活性中心飽和突變技術(shù)（combinatorial active site saturation test，CAST）、迭代飽和突變技術(shù)（iterative saturation mutagenesis，ISM）等。Yin 等[48]通過ISM 技術(shù)，根據(jù)BFITTER 軟件分析的B 因子值和PoPMuSiC 算法預(yù)測的ΔG 值，對Ser33 和Asn92 兩種氨基酸進行飽和突變。通過序列篩選法初步篩選出15 個變異株，最佳變異株S33E/N92R 在50 ℃下的半衰期為野生型FAEs的3.6 倍?？梢奍SM 技術(shù)顯著提升了FAEs 的熱穩(wěn)定性，有望在工業(yè)應(yīng)用中促進植物生物質(zhì)材料在高溫下的酶降解。

3.3 阿魏酸酯酶的理性設(shè)計

理性設(shè)計是指通過計算機建模預(yù)測蛋白質(zhì)活性位點以及突變對目標(biāo)蛋白穩(wěn)定性、折疊以及與底物結(jié)合的影響。理性設(shè)計通過蛋白質(zhì)設(shè)計指導(dǎo)和模擬篩選試驗，提高試驗的成功率，方法主要有同源比對、蛋白質(zhì)表面電荷優(yōu)化、設(shè)計二硫鍵等。Yin 等[29]使用MODIP和DbD 計算工具，預(yù)測二硫鍵，同時使用MD 模擬設(shè)計額外的二硫鍵，探究二硫鍵對來源于宇佐美曲霉的FAEs 熱穩(wěn)定性的影響。研究表明，引入二硫鍵后變異體在55 ℃下的半衰期為188 min，與野生型相比提高了12.5 倍。消除天然二硫鍵后蛋白的熱穩(wěn)定性至少降低10 ℃。結(jié)果證實，二硫鍵對FAEs 的熱穩(wěn)定性有顯著貢獻。Antonopoulou 等[45]采用小分子對接模擬技術(shù)對來源于尖刀鐮孢菌的FAEs 進行理性設(shè)計。結(jié)果表明，突變體對于4 種模型底物的親和力提高，但對含有羥基取代底物的催化效率和轉(zhuǎn)化率降低。

生物合成技術(shù)如定向進化、半理性設(shè)計、理性設(shè)計等可增加FAEs 的多樣性，但如何從大量的突變體中篩選有益突變?nèi)允秦叫杞鉀Q的問題。其篩選方法主要分為功能篩選和序列篩選。功能篩選包括表型檢測法、異源互補法、誘導(dǎo)基因表達法，根據(jù)宿主菌外在表征（水解圈、抑菌圈、顏色反應(yīng)）篩選陽性克隆子。該方法要求目的蛋白和底物的反應(yīng)易于鑒定，編碼基因在外源宿主細(xì)胞中充分表達。其中表型檢測法是使用最多的方法，可通過設(shè)計顯色底物、熒光探針[49]高通量篩選FAEs。目前，有研究用單體羥基肉桂酸酯模型底物檢測發(fā)色團（如對硝基苯基、α-萘基阿魏酸酯）的釋放或底物（如甲基、阿魏酸乙酯）的還原，也有研究以熒光物質(zhì)為底物（如CNPF[41]、4NTC-Fe[44]）使用顯色法進行篩選，此類方法可能會造成底物和產(chǎn)物之間的光譜重疊，但快速且易于執(zhí)行。反相高效液相色譜法是檢測FA 和羥基肉桂酸從阿魏?；嗵呛凸烟侵嗅尫诺淖畛Ｓ眉夹g(shù)。但它非常耗時，并且通常需要在分析之前先進行分離或提取步驟，因此也有研究使用高效薄層色譜法和電化學(xué)傳感器法進行酶促篩選。序列篩選包括PCR 法、生物信息學(xué)法，可依據(jù)序列的相似性，以相關(guān)功能基因的保守序列為基礎(chǔ)設(shè)計PCR 引物，然后通過PCR 擴增篩選期望的目標(biāo)克隆。該方法不依賴外源基因在宿主細(xì)胞中的表達，但較難發(fā)現(xiàn)新型基因。

4 阿魏酸酯酶在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

4.1 阿魏酸酯酶在面團發(fā)酵中的應(yīng)用

小麥粉是許多烘焙產(chǎn)品的主要成分，阿拉伯木聚糖是面團改良的主要目標(biāo)，由水溶性阿拉伯木聚糖（water-extractable arabinoxylan，WEAX）和不溶性阿拉伯木聚糖（water-unextractable arabinoxylan，WUAX）組成。FAEs 可作為輔助酶與木聚糖酶、纖維素酶協(xié)同作用增加阿拉伯木聚糖含量和面團體積[50]。Schulz等[12]將FAEs 與具有木聚糖酶活性的α-淀粉酶和半纖維素酶聯(lián)合使用進行烘焙，結(jié)果表明在面團制備過程中添加低活性FAEs 后，面包體積增加，reSwFAED 和多糖降解酶處理后面包體積增加的原因可能是WUAX 轉(zhuǎn)化為WEAX。與WEAX 相比，WUAX 對烘焙產(chǎn)品有負(fù)面影響，因為它們吸附水分并阻礙面筋網(wǎng)絡(luò)的形成。

4.2 阿魏酸酯酶在酒類釀造中的應(yīng)用

衡量啤酒質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有香氣、麥汁過濾速度、風(fēng)味穩(wěn)定性等。FAEs 可與木聚糖酶協(xié)同應(yīng)用，以促進大米和其他谷物釋放FA 等香氣成分，在發(fā)酵和老化過程中轉(zhuǎn)化為芳香族衍生物。Uno 等[51]對發(fā)酵清酒中FAEs 活性進行測定，發(fā)現(xiàn)FA 的濃度在接種后9～12 d達到最高。造成麥汁過濾速度較慢的原因主要是麥芽中的阿拉伯木聚糖發(fā)生氧化交聯(lián)反應(yīng)，在大麥麥芽糖化階段添加FAEs 可提高麥芽的過濾性能。通過清除過氧自由基或提高酚酸含量可以增強啤酒風(fēng)味穩(wěn)定性，也可通過添加FA 清除啤酒中的羰自由基和過氧自由基，抑制羰基化合物形成，提高啤酒抗氧化力。Szwagjier[52]在麥芽糖化過程中添加FAEs，使麥汁中游離酚酸和FA 含量升高，大大提高了麥汁的抗氧化能力。

4.3 阿魏酸酯酶在膳食纖維補充劑中的應(yīng)用

FAEs 或產(chǎn)FAEs 的乳酸菌可制作成酶制劑直接服用，提高人體對膳食的生物利用度。細(xì)菌細(xì)胞在消化道內(nèi)易被降解，因此可用微膠囊包封技術(shù)保持FAEs活性。Tomaro-Duchesneau 等[53]和Bhathena 等[54]的研究均利用海藻酸鹽-聚賴氨酸-海藻酸鹽微膠囊包封FAEs 生產(chǎn)菌，結(jié)果證實，游離發(fā)酵乳桿菌和微膠囊化發(fā)酵乳桿菌活力差異顯著，證明了FAEs 在膳食纖維補充劑方面的工業(yè)潛力。

4.4 阿魏酸酯酶在茶葉中的應(yīng)用

冠突散囊菌是黑毛茶、茯苓茶、黑茶等茶葉發(fā)酵過程中的優(yōu)勢菌種，有降脂、抗腹瀉、降膽固醇、抑菌等保健功能。劉閆等[55]對冠突散囊菌的功效成分進行研究，認(rèn)為FAEs 可破壞茶葉細(xì)胞壁的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生游離FA。冠突散囊菌發(fā)酵黑毛茶后FA 產(chǎn)量與當(dāng)歸、佛手散中FA 含量接近，證實了黑毛茶中冠突散囊菌在產(chǎn)FAEs 方面的潛力。陳錦[56]從茯苓茶中篩選出產(chǎn)FAEs 最優(yōu)冠突散囊菌，對茯苓茶中冠突散囊菌產(chǎn)FA 含量及其抗氧化作用進行研究。冠突散囊菌產(chǎn)FA可達44.87 μg/g，其FA 含量與抗氧化能力呈正相關(guān)，能用于制備抗氧化性高的新型茶葉。雷林超[57]通過FAEs 與木聚糖酶的協(xié)同作用，促進黑茶中木質(zhì)纖維的降解，以制備富含F(xiàn)A 的新型黑茶茶葉。發(fā)酵后FA 可達28.77 μg/g。

4.5 阿魏酸酯酶在低聚木糖制備中的應(yīng)用

低聚木糖（xylooligosaccharides，XOS）具有降血脂、降血壓、抗血栓、抗癌等功效，也能改善腸道菌群、預(yù)防腹瀉，常作為甜味劑、穩(wěn)定劑、乳化劑和益生元，廣泛應(yīng)用在食品中，F(xiàn)AEs 可作為輔助酶高效生產(chǎn)XOS。ávila 等[58]將FAEs 與木聚糖內(nèi)切酶和α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶共同降解甘蔗秸稈和咖啡殼生產(chǎn)XOS，產(chǎn)量分別為10.23 g/L 和8.45 g/L。此外，木聚糖酶/FAEs 雙功能酶[59]也被發(fā)現(xiàn)，Wang 等[16]將來自細(xì)菌EMSD5 的木聚糖酶/FAEs 雙功能酶在大腸桿菌中異源表達，以小麥阿拉伯木聚糖、脫漿麥麩、超細(xì)磨玉米秸稈和蒸汽爆破玉米為底物，探究FA 和XOS 在不同底物中的釋放量，發(fā)現(xiàn)在蒸汽爆破玉米芯中FA 釋放量最高。

5 總結(jié)

FAEs 可水解羥基肉桂酸和阿拉伯木聚糖之間的酯鍵釋放羥基肉桂酸，也可作為輔助酶，高效生產(chǎn)XOS，有潛力成為植物生物質(zhì)綜合利用的重要工具，有較高的商業(yè)應(yīng)用前景。本綜述主要總結(jié)了FAEs 的來源、結(jié)構(gòu)、分類、催化機理、分子改造及其食品應(yīng)用方面的研究進展。在過去幾年中，F(xiàn)AEs 的工業(yè)應(yīng)用范圍不斷擴大，其應(yīng)用主要趨向于將農(nóng)業(yè)工業(yè)廢料轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，以及合成新型酯連接的羥基肉桂酸產(chǎn)品如保健品等。但多數(shù)天然來源FAEs 熱穩(wěn)定性和催化活性較差，較難應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。在未來研究中，基于以下3 個方面開展進一步的研究：1）通過理性設(shè)計、半理性設(shè)計以及定向進化等策略對FAEs 進行分子改造是提高其熱穩(wěn)定性和催化活性的有效途徑；2）FAEs相關(guān)酶的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)需要進一步豐富，從而增強氨基酸殘基突變位點的選擇基礎(chǔ)，這也是未來研究中亟待解決的重點問題；3）由于FAEs 的底物具有多樣性，如何從大量的突變體中高通量篩選有益突變?nèi)允秦叫杞鉀Q的問題。