综述：基于新型特异性木聚糖酶的玉米芯绿色高效生物炼制策略开发木寡糖

本文推荐一篇聚焦生物炼制技术创新的研究，作者团队从嗜热真菌Thermoascus aurantiacus中鉴定出新型酸性耐热木聚糖酶TaXyn929（GH10家族），通过毕赤酵母高效表达（产量5,896 U/mL），并建立"苹果酸预处理-酶解"联产工艺，实现玉米芯木寡糖（XOSs）56.9%的高得率。创新性在于构建循环经济模式：利用纤维素残渣发酵葡萄糖再生产苹果酸（回收率64.2%），为木寡糖（含X2-X6）的绿色制备提供新思路。

　　

新型嗜热木聚糖酶的发现与表征
从嗜热真菌Thermoascus aurantiacus中克隆得到新型木聚糖酶基因TaXyn929，其编码329个氨基酸，预测分子量35.7 kDa。序列分析显示该酶属于GH10家族，与Penicillium simplicissimum木聚糖酶相似度最高（74%）。通过毕赤酵母表达系统实现高效异源表达，在5-L发酵罐中酶活达5,896 U/mL，较摇瓶产量提升86.7倍。纯化后比活为1,838 U/mg（山毛榉木聚糖底物）。

独特的酶学特性
TaXyn929展现卓越的酸耐性与热稳定性：最适pH 5.0（在pH 3.5-9.0保持80%活性），最适温度75°C（65°C半衰期达990分钟）。底物特异性分析揭示其对小麦阿拉伯木聚糖（arabinoxylan）具有最高催化效率（3,381 U/mg），动力学参数k_cat/K_m达507.3 mL/mg/s。分子对接显示其活性中心关键氨基酸（Glu72、Lys76等）通过氢键精准识别五糖（X₅），这解释了水解产物以X₃为主的特征。

玉米芯预处理工艺优化
采用两步法生物炼制策略：

1. 苹果酸协同热处理：160°C、60分钟、2.5%底物浓度条件下，0.67%苹果酸预处理使初始XOSs得率达25.3%（X/XOS比0.21）；
2. 酶解增效：用TaXyn929（25 U/mL）处理残渣12小时，XOSs得率提升至31.6%，总得率达56.9%（X/XOS比降至0.125）。值得注意的是，该过程仅产生微量乙酸（0.37 mg/mL），未检测到糠醛等抑制物。

闭环资源循环系统
创新性地构建"残渣-葡萄糖-苹果酸"再生通路：

• 纤维素残渣（MAC）经纤维素酶（30 U/mL）和β-葡萄糖苷酶（2.5 U/mL）协同水解，葡萄糖转化率82%；
• 米曲霉利用该葡萄糖发酵生产苹果酸（71.2 g/L），可替代64.2%的预处理用酸。质谱（[M-H]⁺峰）和核磁（2.60-2.75 ppm特征峰）验证产物结构。

结构演变与质量平衡
FT-IR和XRD分析显示：苹果酸预处理使玉米芯结晶度（CI）从32.9%升至45.8%，而酶解后降至20.9%。质量平衡计算表明，每吨玉米芯可产266 kg XOSs（基于木聚糖转化率56.9%），仅需补充95.9 kg苹果酸。

这项研究不仅提供了性能优异的阿拉伯木聚糖特异性酶，更建立了首个整合"苹果酸再生"的玉米芯全组分利用模式，为农林废弃物的高值化利用提供了绿色解决方案。