研究背景
甘露聚糖酶，即β-甘露聚糖酶，是β-1,4-D-甘露聚糖酶的简称，是一类能够水解含有β-1-4-D-甘露糖苷键物质的内切性水解酶。它广泛存在于自然界中，包括一些低等动物，豆类植物，而微生物则是β-甘露聚糖酶的主要来源。微生物来源的β-甘露聚糖酶具有活性高，成本低，来源稳定，提取方便以及比动植物更广的作用pH，温度范围和底物专一性等显著特点，应用前景极其广阔[1]。
结构生物学
甘露聚糖酶往往由催化域和非催化域两部分组成。催化域折叠成TIM桶状结构（如下图），参与底物的结合和催化；碳水化合物结合域，作为最常见的一种非催化域，采用经典的β三明治结构，可以增强结合有纤维素的甘露糖水解能力[2]。
制备与分离纯化研究
为了更好地对甘露聚糖酶的制备进行深入研究，科研人员开展了甘露聚糖酶的制备、分离纯化、酶学性质以及甘露聚糖酶在甘露低聚糖制备上的初步研究。主要结果如下: 培养基中碳源组成和浓度、氮源组成和浓度、碳氮比对里氏木霉合成甘露聚糖酶影响较大。甘露聚糖酶的底物结构类似物微晶纤维素是里氏木霉合成甘露聚糖酶的最适诱导物。里氏木霉以20g/L微晶纤维素为碳源，含氮素质量比为1:1的硫酸铵和尿素为氮源，C/N为4时合成甘露聚糖酶，甘露聚糖酶活力在发酵96h时达到最大，甘露聚糖酶活力为4.48U/mL。里氏木霉甘露聚糖酶水解葡萄甘露聚糖24h，甘露低聚糖水解得率为72.98%，里氏木霉甘露聚糖酶对葡萄甘露低聚糖的选择性为62.22%。 里氏木霉甘露聚糖酶粗酶液经20~50%硫酸铵分级沉淀、Source15Q阴离子交换层析、Superdex75PrepGrade凝胶过滤层析分离纯化，获得了电泳纯的内切甘露聚糖酶。内切甘露聚糖酶酶活回收率为31.82%，纯化了5.97倍。 里氏木霉甘露聚糖酶粗酶液经60%饱和度硫酸铵沉淀、Source15Q阴离子交换层析分离后也可获得电泳纯甘露聚糖酶，甘露聚糖酶酶活回收率为14.16%，纯化了56.19倍。 内切甘露聚糖酶的最适pH值为3.8，酸碱稳定性范围为pH值3.2~6.8，最适反应温度为75℃。其在45~65℃内具有较好的热稳定性， 以洋槐豆胶为底物的米氏常数Km为5.23mg/mL，Vmax值为23.03U/mg蛋白[3]。
应用
β-甘露聚糖酶在造纸，纺织印染，洗涤，食品，饲料，医药和石油开采等工业中有着广阔的应用前景[2]。在常规饲料原料中，豆粕中甘露聚糖的含量最高，甘露聚糖能够对玉米、豆粕型日粮的养分利用率产生较大影响。甘露聚糖酶能够降解玉米-豆粕型日粮中的抗营养因子β-甘露聚糖，改善日粮利用效率，提高畜禽生产性能[4]。此外，甘露聚糖酶作为一种多功能的促生长剂，它不仅可以促进类胰岛素生长因子IGF-I的分泌，还能促进蛋白质的合成，提高瘦肉率，促进生长。
热稳定性研究
实验研究几种糖类(葡萄糖、甘露糖、果糖、蔗糖和壳聚糖)和多元醇类(乙醇、丙三醇和山梨醇)保护剂提高甘露聚糖酶热稳定性的作用，并考察在特定保护剂存在时该酶的最适反应温度和失活热力学以及动力学。实验表明，蔗糖、壳聚糖和山梨醇在浓度均为2 g/L时能够显著提高该酶的热稳定性；通过正交实验得到了一种效果最佳的复合保护剂(蔗糖、壳聚糖、山梨醇之比为1∶2∶2);蔗糖、壳聚糖、甘油、山梨醇和复合保护剂的添加均能使甘露聚糖酶的最适反应温度从原来的50℃提高到60℃左右；65℃下甘露聚糖酶的热失活曲线遵循一级反应规律[5]。
参考文献
[1]许牡丹,杨伟东,许宝红,等.微生物β-甘露聚糖酶的制备与应用研究进展[J].动物医学进展, 2006, 27(9):4.DOI:10.3969/j.issn.1007-5038.2006.09.008.
[2]赵月菊,薛燕芬,马延和.β-甘露聚糖酶的结构生物学研究现状和展望[J].微生物学报, 2009.DOI:CNKI:SUN:WSXB.0.2009-09-000.
[3]王静.β-甘露聚糖酶的制备与分离纯化的研究[D].南京林业大学,2012.DOI:CNKI:CDMD:2.1012.033707.
[4]张芹,毛胜勇,朱伟云.β-甘露聚糖酶在动物生产中的应用[J].畜牧与兽医, 2008.DOI:CNKI:SUN:XMYS.0.2008-02-012.
[5]刘朝辉,武伟娜,刘跃,等.保护剂提高β-甘露聚糖酶热稳定性的研究[J].天津大学学报, 2008, 41(1):5.DOI:10.3969/j.issn.0493-2137.2008.01.021.