一种用于改善馒头品质的木聚糖酶的制备方法

摘要

一种以稀碱处理过的玉米芯为原料的、经微生物发酵法制备木聚糖酶的方法，筛选得到一株娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)L10904，可利用稀碱处理的玉米芯产生高活力的木聚糖酶，并通过生化方法进行纯化，得到电泳纯的木聚糖酶，该木聚糖酶可以改善馒头的品质。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合改善馒头品质的新型木聚糖酶的制备方法，该木聚糖酶以玉米芯为原料、经微生 物发酵制得。

技术背景

木聚糖酶是一种重要的半纤维素降解酶系，它能够降解由β-1，4-糖苷键连接β-D-吡喃型木糖单元构 成主链，该酶系包括多种水解酶：β-木糖苷酶、α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶和β-1，4-内切木 聚糖酶，其中β-木糖苷酶作用于木寡糖的末端，释放出木糖残基；α-L-呋喃型阿拉伯糖苷酶和α-葡萄糖醛 酸酶能够释放侧链糖；β-1，4-内切木聚糖酶(EC 3.2.1.8)以内切方式作用于木聚糖主链，能够释放出不同 链长的寡糖及少量的木糖，是木聚糖降解的关键酶。

木聚糖酶能水解不可溶戊聚糖(阿拉伯木聚糖)，可以作为食品添加剂用来改良面团性质，提升面包、 馒头等面制品的品质。小麦粉中的阿拉伯木聚糖含量虽然低(仅占面粉干基的1.5％～3％)，但对面粉 的品质、面团流变性以及面制品的品质等有显著影响。面粉水不溶性阿拉伯木聚糖对面制品的品质往往会 产生负作用，木聚糖酶能将水不溶性阿拉伯木聚糖水解成水溶性的，增加面粉中水溶性阿拉伯木聚糖能提 高面团的持水性和机械强度，使面团具有更好的持气能力和操作耐力。我国年消费面粉超过千万吨，大部 分用于加工主食馒头和面条等，木聚糖酶在改善馒头品质的领域具有重要的应用价值。

虽然对木聚糖酶的研究越来越深入，但目前仅有少数木聚糖酶的生产实现了工业化。木聚糖酶存在的 产量低和诱导成本高等问题，是限制其广泛应用的重要因素。木聚糖酶是一种诱导酶，很多微生物如细菌、 霉菌和放线菌均能产生木聚糖酶。常见的木聚糖酶诱导物为木聚糖，对于一些微生物富含木聚糖的木质纤 维原料也能起到诱导作用。但由于木聚糖存在于植物细胞壁中且与纤维素、木质素之间形成致密的结构， 目前可直接利用木质纤维质原料诱导产生高产量的木聚糖酶的微生物种类相对较少，大多数微生物只能利 用纯净的木聚糖产生木聚糖酶，而提取木聚糖不仅工艺复杂而且得率较低，增加了制备木聚糖酶制剂成本。 目前对木聚糖酶在馒头中的应用研究尚处于起步阶段，鲜有适用于馒头领域的微生物木聚糖酶的报道。

农作物及其在加工过程中产生的副产物，如玉米芯、麸皮、甘蔗渣等农业废弃物，均为重要的木质纤 维原料，主要化学成分是纤维素、半纤维素。由于缺乏合理的利用，大量的农作物秸秆及副产物等废弃物 除非常少量的可以做为饲料用，绝大部分被焚烧，使有机质大量流失，空气污染。在资源日益匮乏的今天， 若能直接以农业废弃物为原料制备低成本工业酶制剂，不仅可以充分利用农业废弃物，合理利用资源，而 且可以获得巨大的经济效益，保护环境。我国的微生物资源十分丰富，结合实际应用的需求筛选可直接利 用农业废弃物释放高产量木聚糖酶的生产菌株，并制备出低成本的木聚糖酶纯酶，具有重要的实际意义。

本发明的目的正是针对上述问题而研制的一种直接以玉米芯为原料、适合用于改善馒头品质的木聚糖 酶及其制剂的方法。该方法以一株新型木聚糖酶产生菌株——娄彻氏链霉菌对玉米芯进行微生物发酵处 理，制备产量高、成本低、特异性好的木聚糖酶，该酶添加到馒头中，可增大馒头比容，降低馒头心硬度， 提高馒头的持水率，改善馒头的品质。

本发明使用廉价的农业废弃物玉米芯为原料制备适用于改善馒头品质的木聚糖酶制剂，降低了木聚糖 酶的成本，在我国主食馒头工业化领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，以稀碱处理的农业废弃物玉米芯为原料经微生物发酵方法制备能改善馒 头品质的木聚糖酶的方法。

本发明的目的是通过以下方案来实现的：

1.玉米芯经干燥、稀碱预处理。

2.液体发酵产木聚糖酶

以娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)L10904为产酶菌，培养基条件为(g/L)：稀碱处理玉米芯粉， 20；酵母浸膏，3；牛肉蛋白胨，10；NaNO₃，2；KH₂PO₄，6；，MgSO₄·7H₂O，0.5，K₂HPO₄，1.5；pH6.0。 接种量为约1.0cm²平板培养基上生长3～4d的菌丝体，液体发酵转速控制在140r/min，40℃培养6d，该 培养液经离心得到的上清液即为木聚糖粗酶液。

3.对木聚糖酶粗酶液进行提纯，通过20％-50％硫酸铵沉淀、CM Sepharose Fast Flow离子交换层析， 经0～0.2mol/L NaCl洗脱所得后，得到分子量约为22.5kDa的纯木聚糖酶。其SDS-PAGE和酶谱分析结果 见附图1。

4.木聚糖酶用于馒头品质的改善：用面粉1000g，干酵母4g，水500g制成面团，添加不同的木聚糖 酶量，在相同的制作方法下，蒸出馒头，然后测定馒头的硬度、水分含量、延展等，考察木聚糖酶的添加 对馒头品质的影响。

附图说明

图1为娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)L10904木聚糖酶纯酶纯化过程的SDS-PAGE(a)和酶谱 分析(b)图。

(注：列M，低分子量标准蛋白；1，4-粗酶液的蛋白带；2，5-20～50％硫酸铵盐析所得的蛋白带；3，6- 过CMSFF离子交换柱经0～0.2mol/L NaCl洗脱所得的蛋白带。)

图2为娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)L10904木聚糖酶添加不同酶量的馒头的样品展示。

图3～图6分别是娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)L10904木聚糖酶添加不同酶量时，对馒头比容、 延展、含水量和硬度的影响。

生物材料样品保藏说明

保藏单位中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心

地址北京市朝阳区北辰西路1号院中国科学院微生物研究所

保藏日期2011年9月22日

保藏编号CGMCC NO.5275

分类命名娄彻氏链霉菌Streptomyces rochei

具体实施方式

本发明以下结合具体实例作进一步说明，但并不是限制本发明。

步骤1：将干燥后的玉米芯，10％稀碱处理，中和，离心，烘干后的到的作为发酵的原料；

步骤2：液体发酵得娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)L10904的木聚糖酶粗酶液，通过生化方法 纯化的木聚糖酶。

步骤3：用面粉1000g，干酵母4g，水500g制成面团，添加不同的木聚糖酶量，在相同的制作方法下， 蒸出馒头，然后测定馒头的硬度、水分含量、延展等，考察木聚糖酶的添加对馒头品质的影响。