双酶联用降解杨木木聚糖的工艺研究
文献综述
1.1前言
杨木作为一种速生型丰产树种在我国的南北方均有广泛种植，其木材资源是我国重要的工业原料。杨木在加工生产过程中产生的大量木屑木渣目前还未能够得到有效的利用，这不仅浪费资源还对环境造成了污染。杨木中含有大量的半纤维素，它是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，主要成分是木聚糖。木聚糖通过一系列途径最终降解成的木糖在许多行业中都有着广泛的应用前景。木聚糖的骨架是由beta;-1,4-木糖苷键连接beta;-1,4-吡喃木糖构成的，不同来源的木聚糖的侧链基团不同，其类型为乙酰基、阿拉伯糖基、葡萄糖醛酸基等，它们常连接在主链木糖的C2或C3位置，这些木聚糖均被称为异质木聚糖。木聚糖彻底降解为单糖需要一个完善的水解酶体系，除了需要关键的木聚糖酶外，还需要其他酶的作用，如beta;-木糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶、阿拉伯糖苷酶、阿魏酸酯酶和alpha;-葡萄糖醛酸酶等，所有酶中最主要的两种是木聚糖酶和beta;-木糖苷酶。木聚糖酶利用其内切酶的性质随机切割木聚糖的beta;-1,4-糖苷键从而生成木二糖和木三糖等寡聚木糖片段[1]。beta;-木糖苷酶利用其外切酶的性质切割寡聚木糖的非还原性末端，使其转变为分子量更小的木糖。其他的酶则用来清除木聚糖的侧链残基。木聚糖水解酶系统中的各种酶都有其特异性且不同酶间又有着不同程度的协同作用。
1.2半纤维素与木聚糖
半纤维素作为一类杂聚多糖连接了纤维素和木质素，它广泛存在于植物纤维的细胞壁中，因来源不同，半纤维素的含量存在明显差异，针叶木含25%~35%，阔叶木含18%-22%，禾本科植物含16%-25%[2]。半纤维素是由戊糖（D-木糖、L-阿拉伯糖）、己糖（D-甘露糖、D-葡萄糖、D-半乳糖）和糖醛酸（D-葡萄糖醛酸）组成的复合糖[3]。大多数情况下，木糖是半纤维素的最大组成成分。这些糖的衍生物在工业中有着较高的应用价值，如木糖氢化后产生的木糖醇被用作食品和药品中的甜味剂；木糖脱氢环化得到的糠醛在炼油和塑料工业中使用[4]；阿拉伯糖是一种低卡路里的甜味剂[5]。
木聚糖是半纤维素的一种，是植物中主要的非纤维素聚糖，在植物细胞壁中的含量仅次于纤维素。木聚糖一般分为硬木木聚糖和软木木聚糖，硬木木聚糖的聚合度（degree of polymerization, DP; 多聚物中所含单体数）为150-200，软木木聚糖的聚合度为70-130。硬木木聚糖由O-乙酰-4-O-甲基葡萄糖醛酰木糖聚合而成，软木木聚糖则由阿拉伯-4-O-甲基葡萄糖醛酰木聚糖残基聚合而成。硬木木聚糖与软木木聚糖的区别在于多了乙酰基并且缺少由alpha;-(1,3)-糖苷键连接到木聚糖链上的阿拉伯糖单位。
1.3木聚糖酶的研究现状
木聚糖酶是一类将木聚糖降解成低聚木糖和木糖的一组酶系，包括内切beta;-1,4-木聚糖酶、外切beta;-1,4-木聚糖酶和外切beta;-1,4-木糖苷酶这三类。内切beta;-1,4-木聚糖酶是降解木聚糖最主要的酶，它从木聚糖主链的内部切割木糖苷键，主要生成木二糖和木三糖等寡聚木糖，也有少量的木糖和阿拉伯糖。外切beta;-1,4-木聚糖酶作用于木聚糖和木寡糖的非还原性末端，使得反应体系还原性增加。外切beta;-1,4-木糖苷酶通过切割寡聚木糖的还原性末端释放木糖残基，使得木聚糖彻底降解为木糖。
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