双功能酶催化小麦麸皮同步生产食品添加剂阿魏酸和木糖的高效策略

研究人员针对生物质资源利用率低的问题，从Sphingobacterium soilsilvae Em02中鉴定出新型双功能木聚糖酶/阿魏酸酯酶（xylanase/feruloyl esterase），通过异源表达获得44 kDa重组酶，其最适条件为60°C、pH 7，可同步从脱淀粉小麦麸皮（DSWB）中高效产出148 mg/g木糖和6.1 mg/g阿魏酸，为食品添加剂绿色生产提供新方案。

　　

在追求可持续发展的今天，如何高效利用农业废弃物成为全球性课题。小麦麸皮作为面粉加工的副产品，全球年产量高达1.12亿吨，但长期以来主要用作低效的动物饲料。这种富含阿拉伯木聚糖和酚酸的生物质，其实蕴藏着两种高值食品添加剂——阿魏酸（ferulic acid）和木糖（xylose）的宝库。阿魏酸不仅是FDA认证的抗氧化剂，还能用于治疗糖尿病和阿尔茨海默病；木糖则广泛应用于甜味剂和生物燃料生产。然而传统化学提取法存在污染大、纯度低的缺陷，而单一酶解法又难以实现资源最大化利用。

针对这一难题，湖北工业大学的研究团队在《Food Bioscience》发表突破性研究。他们从森林土壤中分离的Sphingobacterium soilsilvae Em02菌株中，发现了一个能同时降解木质纤维素的双功能酶基因（GenBank: ON146339）。通过基因克隆和Escherichia coli异源表达系统，成功获得44 kDa的重组蛋白。研究采用Ni-NTA色谱纯化技术，并运用3,5-二硝基水杨酸法测定木聚糖酶活性，以4-硝基苯反式阿魏酸酯为底物分析阿魏酸酯酶活性。

表达与纯化
SDS-PAGE电泳证实成功获得分子量与预测值相符的单一蛋白条带，为后续功能研究奠定基础。

最适温度与pH
该双功能酶在60°C和pH 7时展现最佳活性，这一特性使其适用于食品工业的温和加工条件。

底物特异性
使用脱淀粉小麦麸皮（DSWB）作为底物时，酶解产物中阿魏酸产量达6.1 mg/g，较传统方法提升47倍；木糖产量高达148 mg/g，显著优于酸解法。

这项研究首次报道了第五种具有双功能活性的木聚糖酶/阿魏酸酯酶，其创新性体现在三方面：一是突破传统化学法的环境污染瓶颈，实现绿色生产；二是通过单一酶制剂同步获得两种高值产物，降低生产成本；三是将小麦麸皮的资源利用率提升至新高度。研究团队特别指出，该酶的协同作用机制——木聚糖酶切断β-(1-4)糖苷键释放木糖的同时，阿魏酸酯酶水解阿魏酸与多糖的酯键，这种"双剑合璧"的效果使原料降解更彻底。

从产业化角度看，该技术符合循环生物经济理念，每吨小麦麸皮可多创造约2000元附加值。更值得关注的是，产物可进一步转化为香兰素（vanillin）等更高值化合物，形成产业链延伸。作者在讨论部分强调，相比已报道的四种双功能酶（如Clostridium thermocellum XynZ），本研究的酶具有更高的催化效率和工业化潜力，为生物质精炼提供了新工具。

这项研究不仅为食品添加剂生产开辟新路径，更通过"变废为宝"的智慧，诠释了农业废弃物高值化利用的无限可能。随着后续酶工程改造的推进，这种源自森林土壤微生物的"自然馈赠"，或将重塑食品工业的原料供应格局。