广泛应用的果胶酶：分类及生产菌株

果胶质广泛存在于高等植物中，是植物细胞间质和初生细胞壁的重要组分，在植物细胞组织中起着“黏合”作用。果胶质主要是由D-半乳糖醛酸以α-1，4-糖苷键连接形成的直链状的聚合物。

果胶酶是一类分解果胶质的酶的总称，含有多种组分的复合酶。果胶酶广泛分布于高等植物和微生物中，在某些原生动物和昆虫中也有发现。在微生物中，细菌、放线菌、酵母和霉菌都能代谢合成果胶酶。果胶酶在工业生产领域中是一种重要的新兴酶类。据报道，果胶酶在全世界食品酶制剂的销售额中占25%。

（1）果胶酶的分类。

通常情况下，可根据以下标准对果胶酶进行分类：果胶、果胶酸、原果胶是否为其优先底物；底物是被反式消去作用还是水解；切割方式是随意的（内切酶）还是发生在末端方向的（外切酶）。根据以上标准，果胶酶一般可分为以下三大类。

①原果胶酶：能够促使原果胶溶解的酶命名为原果胶酶（Protopectinases, PPase）。根据原果胶酶的作用机理，分为两种类型：A型原果胶酶与B型原果胶酶。前者主要作用于原果胶的内部——多聚半乳糖醛酸的区域。而后者主要作用于外部——连接聚半乳糖醛酸链和细胞壁组分的多糖链。

②果胶酯酶：随机切割甲酯化果胶分子中的甲氧基的酶称为果胶酯酶（Pectinesterase, PE），产生甲醇和游离羧基。

③解聚酶：催化果胶质解聚的酶称为解聚酶（Depolymerizing enzymes），通常分为水解酶和裂解酶两类。

水解组成果胶酸的D-半乳糖醛酸α-1，4-糖苷键的酶称为水解酶，聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonases, PG）应用最为广泛，根据水解作用机理的不同，可以分为内切聚半乳糖醛酸酶（Endo-PG）和外切聚半乳糖醛酸酶（Exo-PG）。以酯含量高的果胶酯酸为底物的类型的酶称为聚甲基半乳糖醛酸酶（Polymethylgalacturonase, PMG），可分为内切聚甲基半乳糖醛酸酶（Endo-PMG）与外切聚甲基半乳糖醛酸酶（Exo-PMG）。

裂解酶（Pectin lyases, PL）是通过反式消去作用裂解果胶聚合体的一种果胶酶，裂解酶在C-4位置上断开糖苷键，同时从C-5处消去一个H原子从而产生一个不饱和产物。根据其作用机理以及作用底物的不同，裂解酶可以分为两类：一类是聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（Polymethylgalacturonate lyase, PMGL），俗称果胶裂解酶，可分为内切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（Endo-PMGL）和外切聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（Exo-PMGL）。另一类是聚半乳糖醛酸裂解酶（Polygalacturonase lyase, PGL），又称果胶酸裂解酶，可分为内切聚半乳糖醛酸裂解酶（Endo-PGL）、外切聚半乳糖醛酸裂解酶（Exo-PGL）。

（2）产果胶酶的微生物。(www.xing528.com)

天然来源的果胶酶广泛存在于动植物和微生物中，但动植物来源的果胶酶产量低且难以大规模提取制备，微生物因具有生长速度快、生长条件简单、代谢过程特殊和分布广等特点而成为果胶酶的重要来源，故微生物是生产果胶酶的优良生物资源。Lund在研究果蔬腐坏病过程中发现了微生物果胶酶，此后研究者对微生物果胶酶进行了较为全面的研究并获得了快速发展。

目前，微生物果胶酶的产生菌很多，来源极其广泛，国内外研究和应用较多的果胶酶产生菌是细菌和霉菌，也有少数的酵母菌和链霉菌产生果胶酶。例如黄单胞菌属（Xanthornonas）、节杆菌属（Arthrobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、梭状芽孢杆菌属（Clostridium）、假单胞菌属（Pseudomonas）、欧文氏菌属（Erwinia）、无枝酸菌属（Amycolata）、酵母属（Saccharomyces）、假丝酵母属（Candida）、毕赤氏酵母属（Pichia）、隐球酵母属（Cryptococcus）、克鲁维酵母属（Kluyveromyces）、红酵母属（Rhodotorula）、接合酵母属（Zygosaccharomyces）、丝孢酵母属（Trichosporon）、根霉属（Rhizopus）、青霉属（Penicillum）、木霉属（Trichoderma）、曲霉属（Aspergillus）、地霉属（Geotrichum）、毛霉属（Mucor）、短梗霉属（Aureobasidium）、链孢霉属（Neurospora）、盾壳霉属（Coniothyrium）、螺孢菌属（Spirillospora）、核盘菌属（Sclerotinia）、腐皮壳属（Diaporthe）、刺盘孢属（Colletotrichum）、密螺旋体菌属（Treponema）、多子菌属（Polyporus）、镰刀菌属（Fusarium）、克雷伯氏菌属（Klebsiella）、轮枝菌属（Verticillium）、侧孢霉属（Sporotrichum）、黑星菌属（Venturia）、香菇属（Lentinus）、灰霉菌属（Botrytis）和玉圆斑菌属（Cochliobolus）等。

目前，黑曲霉、根霉和盾壳霉作为产果胶酶的菌株已经商品化。国内外对霉菌发酵产果胶酶的研究主要集中在曲霉属，而曲霉属中研究最多的是黑曲霉。其原因是果胶酶被广泛应用于食品工业中，如用于果汁、果酒及中药营养液的深加工等，使产品质量和外观得以改善，而生产食品酶制剂的菌株必须是安全菌株。黑曲霉分泌的胞外酶系较全，不仅可以产生大量果胶酶，而且黑曲霉属于安全菌株。另外，黑曲霉产生的果胶酶最适pH在酸性范围内，这也是其被应用于食品工业中的原因之一。

A型原果胶酶主要来源于酵母及酵母状真菌的发酵液中，例如脆壁克鲁维酵母（Kluyveromyces fragilis）、里氏半乳糖酵母（Galactomyces reesei）和帚状丝孢酵母菌（Trichosporon penicillatum），另外从Bacillus subtilis IFO12113，B.subtilis IFO3134和Trametes sp.菌株中分离出了B型原果胶酶，内切聚半乳糖醛酸酶广泛分布于真菌和细菌中，据报道在许多微生物的菌体中发现了这种内切酶，例如茁芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）、立枯丝核菌（Rhizoctonia solani Kuhn）、串珠镰刀菌（Fusarium moniliforme）、粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）、匍枝根霉（Rhizopus stolonifer）、一种黑曲霉（Aspergillus sp.）、疏棉状嗜热丝孢菌（Thermomyces lanuginosus）和棒孢拟青霉（Paecilomyces clavisporus）等，但产生外切聚半乳糖醛酸酶的微生物较少，已经报道的微生物有胡萝卜软腐欧文氏菌（Erwinia carotovora）、根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）、多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotamicron）、菊欧氏杆菌（Erwinia chrysanthemi）、苹果黑斑病菌（Alternaria mali）、尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）、茄科雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum）和一种芽孢杆菌（Bacillus sp.）等。

聚半乳糖醛酸裂解酶可以由多种细菌和一些致病性的真菌产生，内切聚半乳糖醛酸裂解酶比外切聚半乳糖醛酸裂解酶要丰富。可以从腐烂食物中的细菌和真菌中分离到PGLs。据报道，从菜豆炭疽菌（Colletotrichum lindemuthionum）、多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotamicron）、胡萝卜软腐欧文氏菌（Erwinia carotovora）、丁香假单胞杆菌大豆致病变种（Pseudomonas syringaepv.Glycinea）、菊欧氏杆菌（Erwinia chrysanthemi）、某种芽孢杆菌（Bacillus sp.）、荔枝炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）等菌株中可以分离到此种酶。

相比之下关于聚甲基半乳糖醛酸裂解酶（PMGLs）的产品却鲜于报道，仅有少数报道指出我们可以从日本曲霉（Aspergillus japonicus）、蕈青霉（Penicillium paxilli）、某种青霉（Penicillium sp.）、华丽腐霉（Pythium splendens）、松毕赤酵母（Pichia pinus）、某种曲霉（Aspergillus sp.）和金黄色嗜热子囊菌（Thermoascus auratniacus）中分离到此种酶。

虽然生产果胶酶的微生物较多，表7-5列出了各种微生物生产的果胶酶，但在工业生产中主要采用真菌。

表7-5　各种微生物产生的果胶酶种类