摘要：β－甘露聚糖酶可应用于造纸、饲料、洗涤、纺织、食品、医药和石油开采等工业领域，特别是在造纸和饲料工业中已得到了广泛的应用。从β－甘露聚糖酶的水解方式和产物、微生物的来源及其工业应用等方面做了简要介绍。
关键词：β－甘露聚糖酶；微生物；应用
中图分类号：Ｑ９３９．９７文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）17－3483-03
Microbial β-Mannase: An Overview of Production and Applications
ＺＨＥＮＧ Ｙａｎ－ｌｉ，ＺＥＮＧ Ｑｉａｎ－ｃｈｕｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙｕｎｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： β－ｍａｎｎａｓｅ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｏｆ ｐａｐｅｒ ｍａｋｉｎｇ， ｆｅｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ， ｔｅｘｔｉｌｅ， ｆｏｏｄ， ｍｅｄｉｃｉｎｅ， ｏｉｌ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ， especially ｉｎ ｐａｐｅｒ ｍａｋｉｎｇ ａｎｄ ｆｅｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ． Ｔｈｅ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅｓ ｏｆ β－ｍａｎｎａｓｅ， ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ β－ｍａｎｎａｓｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ were briefly reviewed．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： β－ｍａｎｎａｓｅ； ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
甘露聚糖（Ｍａｎｎａｎ）和异种甘露聚糖（Ｈｅｔｅｒｏｍａｎｎａｎ）在植物细胞壁上是半纤维素的一部分。结构分析显示双子叶植物的细胞壁包含３个类型的多糖：纤维素、半纤维素和木质素［１］。半纤维素是不能被水和螯合剂溶解但能溶解于碱溶液的细胞壁多糖［２］。半纤维素包括：甘露聚糖、木聚糖、半乳糖和阿拉伯聚糖。半纤维素的化学结构类似于纤维素，主干是由β－Ｄ－１，４－吡喃残基构成［３］。半纤维素富含于初生壁中，但也存在于次生壁中［４］。近年来，半纤维素酶在快速发展的生物技术工业中成为关键酶。由于它多方面的性能，使它具有广泛的工业应用前景。本文从β－甘露聚糖酶的水解方式和产物、微生物的来源及其工业应用等方面作一简要介绍。
１甘露聚糖的结构和组成
甘露聚糖是由β－１，４－Ｄ－吡喃甘露糖连接而成的线状多聚体，是半纤维素的第二大组分，广泛存在于自然界中，它是多种植物细胞壁的主要组成成分［５］。按照多糖中的单糖成分可把甘露聚糖分为四种类型：均一甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖和半乳葡甘露聚糖，这些多糖均呈线状或分支状的多糖苷键。不同来源的甘露聚糖的分子量、甘露糖与葡萄糖或半乳糖的比例、分支位点等都不同［６］。带支链的甘露聚糖其主链由甘露糖残基经β－１，４－键连接，分支点为半乳糖残基或甘露糖残基由α－１，６－键连接，这些甘露聚糖的水溶液具有较高的黏性。
２β－甘露聚糖酶的作用方式及其水解产物
β－甘露聚糖酶［β－１，４－Ｄ－ｍａｎｎａｎ ｍａｎｎａｎｏｈｙｄｒｏｌａｓｅ；ＥＣ ３．２．１．７８］是一类能够水解甘露聚糖和异甘露聚糖中的β－１，４－Ｄ－甘露糖苷键的水解酶（图１）。作用底物主要是甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖和半乳葡甘露聚糖［７］。不同来源的β－甘露聚糖酶对不同来源的底物作用深度及其水解产物是不相同的。β－甘露聚糖酶水解底物的方式和深度主要与α－半乳糖残基和葡萄糖残基在主链中的位置、含量、酯酰化的程度有关［８］。底物本身的物理状态也会影响酶对底物的作用，如结晶状态的甘露聚糖不易被降解。甘露聚糖经β－甘露聚糖酶作用后，通过ＨＰＬＣ或纸层析方法分析，主要产物是低聚糖（一般２～１０个残基），产物聚合度的大小与酶和底物的来源有关，但相对来说产生单糖（甘露糖）很少或根本不产生［９］。
３微生物β－甘露聚糖酶的来源
β－甘露聚糖酶广泛存在于动物、植物和微生物中，其中微生物是β－甘露聚糖酶的主要来源。细菌、放线菌和真菌中均有多种常见类群产生β－甘露聚糖酶［１０］。细菌中主要为革兰氏阳性菌，如芽孢杆菌（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｅｃｉｅｓ）［１１］和梭菌（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ ｓｐｅｃｉｅｓ）［１２］，但也有少数的革兰氏阴性菌，如弧菌（Ｖｉｂｒｉｏ）［１３］和拟杆菌（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ）［１４］，还有一些嗜热菌和极端微生物［１５］。放线菌中主要是链霉菌属（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ）［１６］、放线菌门（Ｃｅｌｌｕｌｏｍｏｎａｓ ｆｉｍｉ）［１７］和游动放线菌属（Ｔｈｅｒｍｏｍｏｎｏｓｐｏｒａ ｆｕｓｃａ ＫＷ３）［１８］中的一些菌株。真菌中包括曲霉属（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）［１９］、木霉属（Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ）［２０］、酵母菌（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｔｅｓ）、青霉属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、多孔菌科（Ｐｏｌｙｐｏｒａｃｅａｅ）、核盘菌科（Ｓｃｌｅｒｏｔｉｕｍ）［２１］中的一些菌株。微生物来源的β－甘露聚糖酶具有许多优点，如酶活性高、生产成本低、提取方便，具有ｐＨ、温度作用范围广以及底物专一性较高等特点。因此，微生物来源的β－甘露聚糖酶均已得到了广泛应用。
４β－甘露聚糖酶的应用
近几年来随着对β－甘露聚糖酶的广泛认识和研究的深入，其应用前景受到越来越多的关注。在造纸工业中，β－甘露聚糖酶可应用于纸浆的漂白工艺，特别是具有耐碱和耐高温性质的β－甘露聚糖酶，在纸浆的预处理过程中能大大地降低废水的产生和对环境的污染［２２］。在饲料工业中，添加β－甘露聚糖酶有促进动物生长，控制、预防动物疾病，提高动物的饲料转化率；促进养分消化， 改善动物肠道微生物环境，改善动物机体的健康状况；降低肠道内容物的黏稠度，减少粪便排泄，减轻环境污染；提高微量元素的生物利用率等作用［２３］。在洗涤工业中，β－甘露聚糖酶用作洗涤剂添加剂，可以分解粘着在衣物上特别是棉制品上的食物和化妆品的胶质物［２４］。在纺织工业中，β－甘露聚糖酶用作天然纤维中半纤维素胶质的降解，以替代常规的化学法脱胶工艺，并能有效地去除纺织印染产品上残留的多余染料，大幅度降低环境污染［２５］。在食品工业中，β－甘露聚糖酶可用于食品的加工、贮藏和果汁澄清。在医疗方面，植物胶经β－甘露聚糖酶水解后，主要产物是寡聚糖，它是一种新型的功能性低聚糖，具有降低人体胆固醇、减轻便秘、降低血糖等作用，特别是能明显地促进人体肠道内有益菌——双歧杆菌的增殖，改善肠道内菌群结构［２６］。另外，β－甘露聚糖酶还可作为油井石油压裂液的优质生物破胶剂，具有效率高、成本低、对地层伤害小等优点［２７］。
５结语
由于微生物具有个体小、繁殖快、基因组小、便于基因操作等特点使它成为β－甘露聚糖酶来源的研究焦点。如何不断在新发现的微生物来源β－甘露聚糖酶基因中筛选出最高效的酶基因，并且有效地应用于工业生产中，成为现在面临的最大挑战。另外，随着生物技术水平的不断提高，能够对酶进行定向的改造，使重组酶具有更多的特性，例如耐高温、耐强酸和强碱，从而应用于更多的领域。但是，现阶段对如何产生高表达、高酶活、高耐受性的酶理论知识还了解得太少，重组酶的产生量、酶活还远远达不到工业化生产的要求。目前，对嗜热菌和极端微生物产生的能够耐热、耐强酸和强碱的β－甘露聚糖酶的耐受机制的研究成为热点。对耐受机制的研究使我们更深入地了解微生物是如何利用酶自身的修饰来应对外界恶劣的环境，也对定向改造现有的酶具有耐热、耐强酸和强碱等特性提供了有利的理论依据。
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