木聚糖酶的性质及其在酿酒方面的应用(一)
2007-01-15 18:12:30   来源：本站原创   评论：0 点击：

       木聚糖酶的性质及其在酿酒方面的应用(一)
 
    木聚糖是自然界中的一种丰富的再生资源，是最具代表性的半纤维素，占半纤维素的1/3～1/2，是除纤维素外，自然界中最丰富的多糖。与纤维素相比，半纤维素更易被微生物降解转化，降解产物木糖在酶的作用下可转变为乙醇。低木聚糖具有广泛的应用价值，低甜度、低热量、难被人体消化吸收，但可被发酵，基本不增加血糖血脂，有润肠通便功能。具有显著的双歧杆菌增值能力，且肠道菌对其利用率较差。无龋齿性[、能促进人体钙铁的吸收、增强人体免疫力等，适应于功能性保健食品等方面，是主要的功能性低聚糖。

    木聚糖酶是木聚糖水解酶系中最关键的水解酶，通过水解木糖分子β-1，4-糖苷键，将木聚糖水解为木寡糖和木二糖等低木聚糖，及少量木糖和阿拉伯糖。用木聚糖酶处理硫酸盐纸浆可减少后续漂白处理化学剂的用量。由于木聚糖可以用于纸浆的预漂白、饲料添加剂提高饲料的能量值及畜禽对饲料的吸收率、增殖肠道内的双歧杆菌，用于食品改良剂和酿酒等方面的潜在应用价值，越来越多的研究者对木聚糖酶的分子结构、性质、最佳作用条件及其在各领域的应用进行了广泛而深入的研究。本文则对其性质和在酒类酿造方面的应用进行论述。

    1　木聚糖酶的结构性质

    木聚糖酶分子只含一个亚基。分子量在8～30 kD间的为碱性蛋白，分子量在30～145 kD间的为酸性蛋白。PI值为3～10.5，稳定pH值为3～10。反应最适pH值在4～7之间，最适温度为40～60 ℃。Cu2＋，Zn2＋，Fe2＋ 和Fe3＋对酶有抑制作用，而CO2＋和Mn2＋ 能提高酶的活性。细菌可以产生碱性和酸性酶，而真菌只可产生碱性酶。其中，丝状真菌分泌的胞外酶最高。

    木聚糖酶的分子结构由功能结构域和连接区构成。其中，功能结构域由催化结构域和纤维素结合结构域构成。纤维素结合结构域可改变酶对可溶或不溶底物的活力。根据结构域的相似性，木聚糖酶可通过结构域的改组和随后结构域的修饰而进化。许多木聚糖酶具有纤维素酶的活性。

    木聚糖酶与木聚糖的结合利用离子间的静电作用。木聚糖含有的4-O-甲基葡糖醛酸带负电，木聚糖酶在pH低于PI时带正电荷，易于结合，而在pH值高于PI时，则不易结合。其反应为典型的酸碱亲核水解反应。

    2　利用木聚糖酶提高淀粉酶活力，提高酒精产率
    在酿酒行业中，作为原料的粮食的淀粉层外围有纤维素和木聚糖等半纤维素的包围，从而影响到对淀粉的利用率。目前，对纤维素酶的利用研究较多，而半纤维素酶的应用尚处于初级阶段。利用木聚糖酶作用于半纤维素层，降低物料粘度，可以有利于淀粉酶作用于淀粉层，提高淀粉利用率，增加酒精的产率。目前，对于适合某类酒的酿造的木聚糖酶生产菌还缺少针对性的筛选，产酶过程的优化及酶类的提纯方面也少有研究，故其应用成本较高，尚未有工业化应用于酒类酿造过程。

    1991年，日本学者分离纯化了A.kawachii产生的应用于日本大麦烧酒生产中的木聚糖酶XylC，并研究出其最适作用条件为pH 2.0，提高了发酵效率和酒精的产率。

    2001年，江南大学陆健等从米曲霉(Aspergillus oryzaeRIB128)中分离纯化得到了一耐酸性的木聚糖酶(木聚糖酶B)，其分子量为65 kD，最适作用pH为6.5，在pH 2.0时其酶活还保持稳定。将它应用于日本清酒的酿造中同样有助于提高发酵效率和酒精产率。

    3　木聚糖酶提高酒液澄清度

    酒类浑浊的原因有生物浑浊和非生物浑浊，其中非生物浑浊包括蛋白质多酚混浊、酒花树脂浑浊、糊精浑浊及多糖浑浊等。

    白酒中含有的多种高级脂肪酸乙酯、高碳链的醇醛酸酯等均溶于乙醇，不溶或难溶于水。在低度酒的生产中，当酒度降低时这些有机物溶解度减小，从而以白色浑浊状态存在，小部分的难溶并与不溶物一起析出，形成了极难澄清和过滤的乳浊液。另外，随着温度的降低，各类香型白酒都会出现失光、浑浊、产生絮状沉淀等现象。目前，白酒除浊主要用吸附过滤、膜分离等手段，常用的吸附材料有活性炭、淀粉、分子筛、硅藻土、高岭土等。膜分离技术包括微滤、超滤、电渗析、反渗透等。利用高分子膜截流浑浊物质可达到除浊目的。

    我国是啤酒生产大国，啤酒业对国民经济的发展有重要影响。啤酒生产原料中由于β-葡聚糖和木聚糖含量较高,造成麦汁过滤困难,酒液混浊，啤酒滤膜堵塞等问题。为解决这些问题需要大量的资金和技术投入，这样就增加了啤酒的生产成本。

    而木聚糖酶可以和β-葡聚糖酶协同作用,从而解决滤膜堵塞问题，可提高酒液的澄清度，降低酿酒成本。对酒液的澄清，目前研究较多的是自然静置、过滤、加悬浮澄清剂等物理过滤方法，添加絮凝澄清助剂等，并且在加入过程中用量或时间控制不当会严重影响澄清效果，而且除了会影响酒体本身的稳定性外，还会带来新的不稳定的因素；对于目前应用的多种过滤机还需经常更换过滤材料，费时、费力，并且严重影响产品的质量和产量。而一些酶制剂的应用，由于其活化前处理工艺复杂，成本偏高，澄清效果也未达到理想状态。木聚糖酶应用于酒液澄清是一个有潜在应用价值的研究方向。