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第11期
化学世界
固定化木聚糖酶的应用研究进展
张丽萍,陈晨,殷婷婷,韩德艳
溯北师范学院化学与环境工程学院污染物分析与资源化技术湖北省重点实验室,湖北黄石435002)
摘要:木聚糖酶是半纤维素的主要生物催化剂,可将其主要成分木聚糖降解为木糖或低聚糖,木
聚糖酶可广泛应用于食品、铜料、医药、能源等领域。固定化酶可以提高酶的使用效率,增加产物收
率,降低生产成本,综述了木聚糖酶的性质,固定化酶的載体和方法,并对以后的发展趋势进行了探
关键词:木聚糖酶;固定化酶;研究进展
中图分类号:O636.1
文献标志码:A
文章编号:0367-6358(2010)11-0697-04
Review of Current Research on Immobilized Xylanase
ZHANG Li-ping, CHEN Chen, YIN Ting-ting, HAN De-yan
Department of Chemistry and Enironment, Hubei Normal University, Hubei, Huangshi 435002, China )
Abstract: Xylanases are the main biocatalysts for hemicelluloses, which can hydrolyze xylan into
xylooligosaccharides and D-xylose. They have great prospect for applications in feed, food and medicine
industry, paper-making, energy and other fields. Current research on immobilized xylanases is reviewed
and the properties, kinds of carriers and immobilized methods are introduced as well
Key words: xylanase; immobilization; research progress
半纤维素是陆生植物中除纤维素外,自然界含酶的纯化和酶学性质研究方面,部分课题已涉及木
量最丰富的可再生资源,木聚糖酶( Xylanase,E.聚糖酶的分子生物学研究、木聚糖酶基因克隆、表达
C.3.2.1.8)是降解木聚糖酶系中最关键的酶,被和重组。但对木聚糖酶的固定化应用研究的报道还
广泛用于酿造中的澄清以及食品、饲料、造纸和纺织不多,国内只有几个课题组在从事木聚糖酶的固定
工业中[。但该酶稳定性差,保质期短,重复利用化研究,本文从木聚糖酶的性质,固定化載体及固定
率低,应用成本高,因此木聚糖酶的广泛应用受到了化方法等方面结合目前国内外的研究状况作了总
定的限制。固定化酶是20世纪50年代开始发展结。
的一项新技术,所谓固定化酶( Immobilized
木聚糖酶的酶学性质
Enzyme)是通过物理或化学的方法,将酶分子束缚
木聚糖酶属于水解酶类,是一类可以将木聚糖
在载体上,使其既保持酶的天然活性,又便于与反应降解成低聚木糖或木糖的复合酶系,包括多种内切
液分离,可以重复使用,此外还具有游离酶无法媲美酶和外切酶。有内切1,4-木聚糖酶、D木糖
的优越性,如可耐一定强度的酸、碱、热及有机溶剂苷酶、L-呋喃型阿拉伯糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶、
等优点。目前,国内外对木聚糖醇的研究较多,我酚酸酯酶等。其中内切B1,4-木聚糖酶(endo-1,4
国对木聚糖酶的研究大多停留在产酶菌株的筛选、 A-d-xylanxylanohydrolase,E.C.3.2.1.8.)是降解
收图期:2010-05-10
作者筒介:张丽萍(1983~),女,研究生,主要从事纳米材料化学和生物无机化学的研究
兴通讯作者:E- mail: handeyan@sohu,com
化学世界
2010年
半纤维素最主要的酶,该酶以内切方式作用于木楽合物,分别获得了71%~98%和81%~100%的醇
糖主链内部的B1,4-木糖苷键,使木聚糖降解为短活回收率,固定化酶的最适pH发生变化,并确定了
链的低聚木糖,并有少量木糖生成;而B-D木糖苷酶固定化酶水解底物的终产物分别是D果糖和D木
( 8-xylanxylohydrolase,E.C.3.2.1.3.7.)则作用糖。 Shimizu?采用多孔硅玻璃、多孔氧化铝和多
于短链的低聚木糖,通过催化低聚木糖的末端来释孔二氧化钛等无机材料,经活化处理用戊二醛活化
放木糖残基。由于木聚糖酶来源广泛,结构和性质载体,固定化 Trichodermaviride和 Aspergillusnige
也不尽相同。
来源纤维素和半纤维素酶,获得了3%~53%的相
1.1木聚糖酶的最适pH值
对活力。该法虽然相对活力较低,但是连续使用60
不同微生物来源的木聚糖酶有比较广泛的pHd稳定性良好。
范围,pH在3.0~10.0内基本都是稳定的,其最适2.3合成高分子材料
作用pH在4.0~7.0之间。一般来说,真菌来源的
合成有机高分子材料能经受微生物和酸减环境
木聚糖酶属于酸性木聚糖酶,在酸性条件下具有最中化学物质的作用,有较好的机械性能,对微生物的
大活力,pH最适范围为4.0~6.0,细菌和放线菌木腐蚀也有较强的抵抗力。因此,目前的文献报道大
聚糖酶属中性或碱性木聚糖酶,其最适pH在6.0多集中于高分子共聚物固定化木聚糖酶。
8.0之间?。
Sardara成功的以可逆溶解性聚合物
1.2木聚糖酶的最适反应温度
Eudragi L-100非共价结合固定化黑曲莓来源木聚
一般而言,来源于细菌和真菌的木聚糖酶的最糖酶,并实现了木聚糖酶的同时精制与固定化,得到
适作用温度一般在40~60℃之间,真菌来源的木了无纤维素酶活性的固定化酶,该方法为商业分离
聚糖酶最适作用温度在50℃左右,而多数细菌和精制木聚糖酶同时制备固定化酶提供了新的有效途
放线菌所产木聚糖酶的最适反应温度在50~60℃径。另外, Sarbu']采用醋酸纤维素膜接枝丙烯酰
之间,耐热性比真茵木聚糖酶稍好
胺制备了木聚糖酶的固定化载体,发现固定木聚糖
固定化木聚藩晦载体的分类
酶在50℃的条件下,连续反应7h,固定化酶仍具有
作为固定化酶的一部分,载体材料的结构和性一定的活力;并发现由于底物扩散限制,固定化载体
能对固定化酶的各种性能都有着巨大的影响。固定制备过程中接枝阶段适宜选择小的接枝度。此外,
化酶的载体材料已从最初的天然高分子材料发展到
iu-的课题组运用人造油体(AOBs)对木聚糖酶
无机材料、合成高分子材料,以及现在的复合材料 Neocallimastix patriciarum进行固定化,固定化酶
等。以下是对国内外文献中固定化木聚糖酶载体进在60℃条件下,连续水解木聚糖3次后,酶活性没
行的总结
有损失;连续使用8次后,酶活虽有所降低,但仍保
2.1天然高分子材料
持在60%以上,且木聚糖酶是浮于AOBs的表面,
天然多糖类化合物具有无毒,成本低廉,传质性利用油体亲脂疏水的特性,可将酶与油体分开,使醇
能好及丰富的官能团等特点,主要有壳聚糖、海藻酸得以重复利用。此外, Shweta-运用多壁碳纳米管
钠和淀粉等。Chen等]采用壳聚糖接枝双醛淀粉对木聚糖酶进行了蛋白