低聚木糖是一种功效高、用量小且附加值高、市场前景看好的功能性食品添加剂。目前,酶法是制备低聚木糖的主要方法。原料的来源及处理方式、稳定而高效的酶的发掘是该方法的重点。而各种酶与底物的关系及作用原理是其中最主要的科学问题。研究人员在底物与酶的筛选方面做了大量工作,但基本上仍不能满足生产需要。主要是因为原料来源不够稳定,原料性质不够清晰,酶产量不高,酶耐性不够,酶解反应特性不明确等方面问题。　　 本论文针对酶法制备低聚木糖技术存在的问题,以转基因草菇工程菌株表达的重组多功能纤维素酶(Multiple functional celluase,MFC)为研究对象,以南方特色的甘蔗和菠萝加工副产物为酶解底物,探讨该酶与底物的作用方式、作用机理、吸附动力学、产物动力学等方面的基础科学问题,试图解决影响酶法制备功能性低聚木糖的难点及关键点,从而进一步提高功能性低聚木糖的得率并为原料的前处理提供理论依据,同时为进一步推动酶法制备功能性低聚糖的发展打下坚实的理论基础。本论文得到的结论主要有:　　 (1)筛选出稳定的T1代草菇工程菌株。本文通过单孢分离、PCR鉴定获得T1代含有目的基因的转基因草菇菌株153株。再通过刚果红平板法、液体酶活法筛选到酶活最高且产酶稳定的菌株T1V5186。该菌株通过多次转接试验,并检测酶活活性,多功能纤维素酶表达依旧稳定,说明多功能纤维素酶基因在草菇中表达是可行的。　　 (2)重组多功能纤维素酶(MFC)的纯化及酶学性质的研究。本文通过优化的固体发酵培养条件对T1V5186菌株进行培养,获得重组MFC粗酶液,再经分离纯化后,对其酶学性质进行研究,结果表明:该酶表观分子量约为46KDa,与天然的MFC分子量一致;适宜的作用温度为50～55℃,最佳酶解pH在5.5～6.0间;该酶热稳定性较佳,50℃保温lh仍然保留76％左右的活性,且在pH4.0～9.0范围内该酶都比较稳定,在ph6.0时最稳定,酶保留了98％的活性,为耐碱性酶;金属离子Ca2+、Zn2+、K+、Fe3+、Mg2+、.Al3+、Fe2+、Cu2+对重组酶中木聚糖酶活力的表达都有促进作用,Zn2+的促进能力最强,Co2+对酶活没有影响,但Mn2+存在时酶活明显降低,大部分金属离子对木聚糖酶活力也无不良影响。这些特性都显示该酶具有良好的工业应用前景。　　 (3)论证了甘蔗渣、菠萝茎作为酶解底物的可能性,并优化了酶解底物的前处理工艺。本文对甘蔗渣和菠萝茎的化学组成进行了测定,结果表明,菠萝茎和蔗渣的半纤维素含量均在20％～25％之间,且木质素含量较低,符合提取低聚木糖的条件;试验通过先制备棕纤维素再碱提取的方法,通过单因素及正交试验,分别得到半纤维素的最佳提取工艺。甘蔗渣半纤维素最佳提取工艺为:浸泡时间2h、固液比1:30、碱浓度10％、提取温度60℃,再次浸提pH值为5.0。菠萝茎半纤维素最佳提取工艺为:浸泡时间3h、固液比1:25、碱浓度8％、提取温度45℃,再次浸提pH值为5.0;此外,试验还探讨了利用亚氯酸钠脱木质素方法及原料蒸汽前处理方法,以及提取过程中利用微波辅助萃取的效果,结果表明,通过对半纤维素的预处理,所得半纤维的纯度能提高约30％,但半纤维素的提取率会略有下降。而使用超声波辅助提取,降低了提取温度、缩短了提取时间,但得到的半纤维素的得率和纯度都不会提高。　　 (4)研究了重组多功能纤维素酶(MFC)与木聚糖底物的吸附动力学及吸附等温线。在4℃条件下,进行MFC酶在木聚糖、蔗渣半纤维素、菠萝茎半纤维素、蔗渣、菠萝茎等木聚糖底物上吸附动力学研究,结果表明,MFC酶在5种木聚糖底物上反应120min,均可达到吸附平衡。4℃时的吸附等温线符合“S”型特征。在所有木聚糖底物中,蔗渣和菠萝茎两种原料的吸附量相当,而大于菠萝半纤维素和蔗渣半纤维素的吸附量;蔗渣半纤维素的吸附量略大于菠萝半纤维素的吸附量。针对半纤维素底物,在50mg/ml底物的4℃体系中,酶加入量为40～50U/ml,150rpm吸附2h,可达到最大吸附平衡。　　 (5)探讨了重组多功能纤维素酶(MFC)的酶解能力并对其进行了产物动力学分析。从重组MFC对燕麦木聚糖、蔗渣半纤维素、菠萝茎半纤维素、蔗渣和菠萝茎的酶解结果发现,重组MFC能直接作用于水不溶性的木聚糖底物,且酶解能力较强。对不溶性燕麦木聚糖的利用率能达到50％。但该酶对3种不同来源的木聚糖底物的降解过程不一致,即对不同的木聚糖底物的作用方式存在差异,而且木聚糖底物的纯度对酶的酶解能力有较大影响,纯度越高,底物利用率越高。通过HPLC对酶解产物的分析发现,燕麦木聚糖的降解产物中木三糖的累计量较高,而蔗渣半纤维素和菠萝茎半纤维素的降解产物中木二糖的累计量较高。所有反应过程中均未检测出木糖,充分体现了该酶中内切型木聚糖酶活力。　　 (6)建立了酶解反应动力学模型。本文针对加酶量、底物浓度、酶解时间三因素分别进行单独试验,以酶解液中还原糖浓度(RS)、可溶性总糖浓度(TS)、产物平均聚合度(DP)以及总糖率(TS％)为评价指标,得出三因素均对木聚糖酶解学模型:　　 TS％=9.74+1.45A-0.749B+0.62C　　 TS=0.55+0.080A+0.14B+0.039C　　 DP=TS/RS　　 通过该模型推导出符合连续式酶解反应器中的最佳酶解最佳方案为:反应体系10ml时,加酶量90U、底物浓度10.70mg/ml、反应时间80min。在此条件下酶解木聚糖含量为75％的溶性燕麦木聚糖,得到的低聚木糖DP值达到6.16,底物利用率达到43.38％。