第一節(jié) 木聚糖酶的概述

木聚糖(xylan)是一種存在于植物細(xì)胞壁中的異質(zhì)多糖，約占植物細(xì)胞干重的15%~35%，是植物半纖維素(hemicellose)的主要成分。大多數(shù)木聚糖是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、具有高度分枝的異質(zhì)多糖，含有許多不同的取代基。木聚糖的生物降解也因此需要一個復(fù)雜的酶系統(tǒng)，通過其中各種組分的相互協(xié)同作用來降解木聚糖。因此，木聚糖酶是一組酶，而非一種酶（可行性 研究 報告）。
 

第二節(jié) 木聚糖酶的應(yīng)用現(xiàn)狀

一、飼料工業(yè)

飼料工業(yè)是較早應(yīng)用木聚糖酶的領(lǐng)域。小麥、大麥、黑麥、燕麥等麥類飼料中含有大量的木聚糖，木聚糖具有較強的持水性、小分子吸附活性和表面活性，造成麥類基礎(chǔ)飼料對單胃或無胃動物具有強烈的抗?fàn)I養(yǎng)作用。木聚糖酶作為飼料添加劑使用，可以有效解除木聚糖的抗?fàn)I養(yǎng)作用。

木聚糖酶可以破碎植物細(xì)胞壁，提高養(yǎng)分利用率。飼料中添加木聚糖酶可以把聚合度較高的木聚糖降解為聚合度較低的小分子片段，破壞細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，將細(xì)胞壁束縛的營養(yǎng)物質(zhì)釋放出來，和動物消化道內(nèi)的消化酶充分接觸，從而提高各種養(yǎng)分的消化率。

木聚糖酶可以降低食糜粘度，提高表觀代謝能。澳大利亞和歐美的動物營養(yǎng)學(xué)家指出，木聚糖酶的主要作用機制是降低消化道食糜粘度。 研究 發(fā)現(xiàn)，在雞的小麥、大麥和黑麥基礎(chǔ)飼料中添加以木聚糖酶為主的復(fù)合酶制劑，可以顯著降低小腸食糜的粘度，提高飼料的表觀代謝能，改善動物生產(chǎn)性能。

木聚糖酶可以改變消化道形態(tài)，提高內(nèi)源消化酶活力。艾曉杰等在麥類基礎(chǔ)飼料中添加以木聚糖酶為主的復(fù)合酶制劑，雛鵝的胰腺、肝臟、十二指腸和回腸的重量顯著降低，。胰腺和肝臟相對重量的下降。是由于木聚糖酶解除了NSP(Non．starch polysaccharides，非淀粉多糖)的抗?fàn)I養(yǎng)效應(yīng)，避免了它們的功能性增大。而十二指腸和回腸相對重量的減少是因為木聚糖酶改變了食糜理化成分，消化道受粘性食糜刺激減弱的緣故。從酶動力學(xué)角度看，外源消化酶大多由細(xì)菌或真菌發(fā)酵而來，與動物消化道內(nèi)源消化酶的結(jié)構(gòu)和最佳作用條件有很大區(qū)別，可能不存在所謂的“反饋性抑制作用”。聶國興等 研究 發(fā)現(xiàn)，在尼羅羅非魚小麥基礎(chǔ)飼料中添加黑曲霉產(chǎn)木聚糖酶能刺激內(nèi)源消化酶分泌，提高內(nèi)源消化酶活力，外源消化酶與內(nèi)源消化酶作用效果具有疊加效應(yīng)。

木聚糖酶可以減少微生物菌群總量，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)環(huán)境。在木聚糖含量較高的基礎(chǔ)飼料中添加木聚糖酶，可以限制動物消化道內(nèi)微生物過度繁殖，調(diào)整腸道微生物的組成比例，減少動物免疫應(yīng)答反應(yīng)，促進動物生長。Vahjen等報道，木聚糖酶顯著降低仔雞腸腔和組織樣品中的革蘭氏陽性菌總數(shù)，增加組織樣品中乳酸菌的數(shù)量。Kim等 研究 發(fā)現(xiàn)，在小麥基礎(chǔ)飼料中添加木聚糖酶，雞回腸乳酸桿菌、大腸菌群和腸球菌總量降低。原因是，添加木聚糖酶后，動物腸道內(nèi)食糜粘度降低，消化物周轉(zhuǎn)加快，限制了腸道微生物對營養(yǎng)素的利用及自身增殖速率。

木聚糖酶可以調(diào)控養(yǎng)殖動物外周血液激素含量，提高機體代謝水平和免疫水平。動物的發(fā)育及體內(nèi)各種養(yǎng)分的消化和代謝過程都受神經(jīng)和內(nèi)分泌激素的調(diào)節(jié)。調(diào)控動物外周血液激素含量，提高機體代謝水平和免疫水平是木聚糖酶促進動物生長的重要機制。陳清華等在斷奶仔豬小麥基礎(chǔ)飼料中添加木聚糖酶，仔豬血液中T4含量顯著升高。王金全在小麥基礎(chǔ)飼料中添加木聚糖酶，肉仔雞血液胰島素水平顯著上升。動物血液中T4和胰島素等激素水平的提高標(biāo)志著機體代謝水平的提高。高峰等在小麥基礎(chǔ)飼料中添加以木聚糖酶為主的粗酶制劑，顯著提高了仔豬血液IL-2的含量和肉雞的淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率，標(biāo)志著機體免疫水平的提高。

木聚糖酶可以上調(diào)營養(yǎng)素轉(zhuǎn)運載體的表達(dá)。木聚糖酶通過改變飼料成分，可以有效調(diào)控養(yǎng)殖動物某些功能基因的表達(dá)。王修啟在1日齡肉雛雞小麥型飼料中添加木聚糖酶，發(fā)現(xiàn)木聚糖酶顯著上調(diào)了十二指腸SGLTl(sodium／glucose cotral夠．ported，鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體的表達(dá)，增幅為33．30％，空腸SGLTl mRNA表達(dá)量增加8．21％。

二、食品工業(yè)

小麥中的木聚糖對面團的流變學(xué)特性及面制品的品質(zhì)有顯著影響。目前，木聚糖酶在焙烤工業(yè)中的應(yīng)用引起了人們的高度關(guān)注。Uysal等晗副 研究 發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)餅干時，加入木聚糖酶可提高面團的柔軟度和拉力，從而提高餅干的伸展度，降低硬度。面包加工過程中適量添加木聚糖酶，能提高面團的機械加工性能，增大面包體積，改善面包芯質(zhì)地以及延緩老化。Jiang等在加工面包時添加耐熱木聚糖酶，面包比容增加了40％～60％， 研究 認(rèn)為是由于木聚糖酶降解木聚糖，尤其是水不溶性木聚糖，降低了其膠聯(lián)程度，使水分在面團中重新分布，從而改善了面包的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、松軟度和保質(zhì)期。Courtin等發(fā)現(xiàn)一種枯草桿菌木聚糖酶可特異性降解水不溶性木聚糖，將其轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿铀苄阅揪厶?，提高面包烘焙質(zhì)量。

在釀酒工業(yè)中，木聚糖酶一方面作用于谷物細(xì)胞壁中的木聚糖，加快淀粉酶的作用，提高發(fā)酵效率，增加乙醇的產(chǎn)率；另一方面，可降低發(fā)酵液的粘度，避免過濾時濾膜堵塞，改良啤酒口感，提高清澈度。在咖啡、植物油和淀粉的提取過程中，木聚糖酶可使植物組織軟化、細(xì)胞破壁，有利于有效成分的充分提取，大幅度降低提取液的粘度，提高濃縮或干燥效率，降低生產(chǎn)成本。

低聚木糖的生產(chǎn)使人們更多地了解了木聚糖酶。低聚木糖是倍受矚目的一種功能性低聚糖，它在人體內(nèi)難以消化，腸道內(nèi)殘存率高，具有極好的雙歧桿菌增殖活性。低聚木糖具有良好的酸堿穩(wěn)定性和耐熱性，適用于不同食品中，其甜度僅為蔗糖的40％，食用后不會導(dǎo)致血漿中葡萄糖含量大幅度上升，因而可以作為糖尿病或肥胖癥患者的甜味劑。在低聚木糖的生產(chǎn)中對木聚糖酶有特殊要求，如對底物水解要有較高的特異性，不含木糖苷酶活力，產(chǎn)物中木二糖、木三糖的比例要高。木糖醇由木聚糖酶降解產(chǎn)物木糖單體衍生而成，是當(dāng)前市場上暢銷的糖類替代品。木糖還可作為某些細(xì)菌、酵母及真菌的發(fā)酵底物，發(fā)酵生產(chǎn)有價值的燃料和化工原料。

三、造紙工業(yè)

在植物纖維中，木質(zhì)素和半纖維素之間通過醚鍵以LCC(Lignin-Carbohydrare Complex，木質(zhì)素一碳水化合物復(fù)合體的形式存在。木質(zhì)素是原料和紙漿顏色的主要來源，對于高白度的生產(chǎn)用漿，必須除去木質(zhì)素。傳統(tǒng)的造紙制漿工藝是利用燒堿等試劑蒸煮麥草原料，再利用氯和次氯酸等進行漂白。這種化學(xué)漂白方法是采用多步驟的氯、二氧化氯漂白及堿提取法去掉木質(zhì)素，廢水中含有大量的氯及有毒物質(zhì)，易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在現(xiàn)代造紙工業(yè)中，尤其在歐美國家，氯的使用量已被嚴(yán)格控制。近年來，通過生物工藝制漿從而減少污染并提高制漿質(zhì)量，已引起人們的興趣。1984年，加拿大首次用酶進行紙漿漂白。1986年芬蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)用木聚糖酶處理紙漿，可降低漂白時氯的用量，減少環(huán)境污染。木聚糖酶在造紙工業(yè)中的應(yīng)用，是目前木聚糖酶應(yīng)用 研究 的熱點之一， 研究 內(nèi)容主要包括對紙漿的漂白、二次纖維的脫墨、增次纖維的游離度和降低能耗等方面。目前，此類 研究 進展很快，每年均有大量的論文和專利文獻發(fā)表，并在許多國家實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。

木聚糖酶能解聚凝結(jié)于纖維表面的半纖維素，增加漂白劑與纖維的接觸面積，提高漂白效率。 研究 表明，添加木聚糖酶對紙漿進行預(yù)漂白，可提高漂白劑在紙漿中的擴散速率，卡伯值降低12．07％，氯的用量減少20％～30％。木聚糖酶還可使LCC解體，提高木質(zhì)素的浸出率，增強紙漿的漂白度。Khandeparkar等報道，用木聚糖酶對紙漿進行預(yù)漂白時，隨著木聚糖酶添加量的增大，脫色效果增強，白度提高9．6％。

Jiang等用Thermotoga maritima木聚糖酶處理紙漿，掃描電鏡結(jié)果顯示，酶法預(yù)處理可提高紙漿纖維的多孔性，提高氯等化學(xué)漂白劑與紙漿的接觸幾率。未經(jīng)xynB處理的紙漿，表面平滑、整潔，xynB處理后，纖維表面變得粗糙，出現(xiàn)起毛和剝皮現(xiàn)象。

由于在利用木聚糖酶對紙漿進行預(yù)漂白時，硫酸鹽蒸煮的紙漿為溫度較高的堿性漿，所需pH值在8．O以上，溫度60℃左右。這就需要所用的木聚糖酶具有耐堿和耐高溫的特性。目前許多 研究 集中于耐堿、耐高溫木聚糖酶菌株的分離篩選上。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)部分嗜熱細(xì)菌、嗜熱或耐熱真菌所產(chǎn)木聚糖酶對紙漿有良好的漂白效果。區(qū)別于其它應(yīng)用領(lǐng)域，造紙工業(yè)使用的木聚糖酶，不能同時具有纖維素酶活性，以免降解紙漿中的纖維，影響成漿質(zhì)量。另外，造紙工業(yè)使用的木聚糖酶分子量要小，以有利于在紙漿中的溶解與擴散。

四、其它領(lǐng)域

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的快速發(fā)展，能源短缺問題日益嚴(yán)重，尋找新的能源已迫在眉睫。植物纖維是地球上取之不盡的生物能源，將其轉(zhuǎn)化為乙醇，作為工業(yè)生產(chǎn)直接利用的能源，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，并且可減少對環(huán)境的污染，促進自然界碳素循環(huán)。據(jù)報道，木聚糖酶可與其它酶協(xié)同將植物纖維降解為戊糖和己糖，然后將戊糖和己糖作為發(fā)酵底物，進一步通過微生物作用生產(chǎn)乙醇。在麻業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，木聚糖酶可與果膠酶聯(lián)合作用于韌皮纖維，如亞麻、麻、黃麻和苧麻，除去果膠和半纖維素，用于脫膠分離纖維素，防止麻制品受潮漚爛。另外木聚糖酶在去污洗滌、醫(yī)藥工業(yè)、紡織工業(yè)等 行業(yè) 中也有廣泛應(yīng)用。

第三節(jié) 木聚糖酶的應(yīng)用前景

木聚糖酶的 研究 、應(yīng)用歷史并不長，但取得的成果是巨大的，我國在木聚糖酶方面現(xiàn)在是落后于國際水平，但在某些 行業(yè) 和領(lǐng)域我們還是有一定的基礎(chǔ)和經(jīng)驗，并具有著十分廣闊的應(yīng)用前景的。

飼料 行業(yè) 是以含木聚糖酶的多酶復(fù)合物作為飼料添加劑來使用，可大量節(jié)省飼料用量，中國人世后，中國的家畜養(yǎng)殖業(yè)會有一個大的發(fā)展機遇，飼料 行業(yè) 又會有一個大的發(fā)展，市場潛力廣闊。但飼料 行業(yè) 是一個低價 行業(yè) ，主要靠量來保證利潤，所以對于飼料用酶制劑 行業(yè) ，控制酶制劑價格就是一個重點，并且中國的飼料 行業(yè) 被幾個大的飼料生產(chǎn)集團所控制，飼料配方均為固定化的，飼料用酶制劑新產(chǎn)品的推廣阻力很大，還有待相關(guān)的企業(yè)去進行有效的市場開發(fā)工作。

就造紙 行業(yè) ，木聚糖酶主要與纖維素酶一起來處理紙漿，用來提高紙的質(zhì)量和檔次，而且在造紙廢液處理方面，木聚糖酶也有可用之處。中國政府近一段時間以來對造紙 行業(yè) 的污染問題處罰力度很大，關(guān)停了一批中心型造紙企業(yè)，使中國的國內(nèi)造紙企業(yè)逐漸向大型發(fā)展，崛起了幾家大型造紙集團，使 行業(yè) 競爭從價格方面向質(zhì)量方面發(fā)生了轉(zhuǎn)化，并且對造紙企業(yè)的排污加強了監(jiān)督，使造紙企業(yè)的治理廢液污染方面加大了投資。環(huán)保 行業(yè) 是二十一時間的陽光產(chǎn)業(yè)，不論從世界的大環(huán)境還是從國家政策方面而言，都將成為一個重點。對于以有機物為主要污染源的廢物處理，酶法處理必將成為治理的主要方法，多酶復(fù)合物的 研究 和在污染處理方面的應(yīng)用都將成為一個重點。另一方面，從造紙原料方面來說，草漿的成本低廉，但是未經(jīng)處理的草漿早出的是低檔紙，高檔紙需要用木漿為原料，相對于中國森林現(xiàn)狀而言，用再生周期短的草漿經(jīng)預(yù)處理后代替木漿用于生產(chǎn)高檔紙，不論從經(jīng)濟效益還是從社會效益都是一個有極大發(fā)展?jié)摿Φ姆矫妗?/p>

今后我們的發(fā)展方向應(yīng)從目前已取得成功的中試階段，向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段邁進，將木聚糖酶的 研究 向縱深擴展，改變目前一家科研單位開發(fā)的一種木聚糖酶只是在某一領(lǐng)域得到應(yīng)用的現(xiàn)狀，將已有的木聚糖酶品種的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，同時在酶的復(fù)配應(yīng)用上進行 研究 和探索，改變酶制劑成品種酶的種類單一的傳統(tǒng)模式。同時采用先進的生物工程技術(shù)。

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