β—甘露聚糖酶(β—mannanase EC 3.2.1.78)是一種半纖維素水解酶，以內切方式降解β—1，4糖苷鍵，降解產物的非還原末端為甘露糖，其作用底物包括葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖及β—甘露聚糖等。β—甘露聚糖酶的來源非常廣泛，包括植物、細菌、真菌、放線菌甚至軟體動物。甘露聚糖是植物性飼料原料中除纖維素、木聚糖之外，分布最廣泛、含量最高的一類半纖維素，而且在許多植物中有淀粉樣的大量積累。畜禽和魚類的消化酶系不含甘露聚糖酶，對這類物質的轉化需要添加外源酶。飼料中添加甘露聚糖酶可消除和降解飼料原料中的抗營養因子，促進畜禽生長，減少養殖污染。
1 β—甘露聚糖酶研究的歷史和菌種選育
    早在二十世紀初就有關于分解植物甘露聚糖的報道，但直到70年代，β—甘露聚糖酶的研究才逐漸深入起來。尤其是近多年來對半纖維素資源的開發和甘露寡糖益生價值的發現，以及β—甘露聚糖酶諸多用途的發現，大大推動了β—甘露聚糖酶研究的發展。
    1958年，Courtios第一次報道了能產生β—甘露聚糖酶的真菌。1960年，William和Doetsch報道了細菌產生的β—甘露聚糖酶。1965年，Reese和Shibata提出了β—甘露聚糖酶的概念和定義，為以后的研究打下基礎。70年代后，大量β—甘露聚糖酶的產生菌株被篩選、誘變，研究培養基成分特別是碳源對產酶的影響，進行多糖結構的分析。同時，許多不同來源的β—甘露聚糖酶被分離純化，對酶的基本性質的研究取得了較大發展。
    國內自80年代開展微生物甘露聚糖酶發酵生產技術研究，進展很快。1980年我國李欣等首次系統研究甘露聚糖的化學組成。1985年以后，隨著β—甘露聚糖酶和甘露寡糖應用領域的開發，新菌種篩選和誘導育種等相關研究競爭顯著加劇。如楊文博等研究了產β-甘露聚糖酶的地衣芽孢桿菌的分離篩選及發酵條件。崔福綿等研究了枯草芽孢桿菌中性β-甘露聚糖酶的產生及性質，選育菌種的酶產量達到120u/ml。
    我國另一具有特色的工作是分泌β-甘露聚糖酶的極端微生物菌種的分離選育。如中國科學院微生物研究所馬延和等較早提出利用堿性β—甘露聚糖酶生產甘露寡糖的方法。利用嗜堿芽孢桿菌N16-5以魔芋粉為原料，發酵生產β—甘露聚糖酶，發酵液的酶活力達到500U/ml，甘露寡糖后提取收率80%以上。制備的甘露寡糖主要用于保健食品。該項成果榮獲2000年度國家科技發明二等獎。
    進入二十世紀90年代以后，隨著基因工程和蛋白質工程技術的廣泛應用，β—甘露聚糖酶的研究工作越來越集中在基因克隆、重組表達和酶活性工程的研究上，并取得了很大發展。
2 β—甘露聚糖酶的應用
    甘露聚糖類物質作為半纖維素的第二大組分，廣泛分布于自然界中。它是所有豆科植物細胞壁的主要組成成分，在其他植物性飼料原料中含量也很高, 如豆粕、小麥、菜籽粕、麩皮中半乳甘露聚糖占非淀粉多糖的含量分別為22.7%、11.9%、19.6%和33.7%，在一些植物膠、椰子、萵苣、合歡、魔芋以及針葉樹中也都含有豐富的甘露聚糖和異甘露聚糖。這使得β—甘露聚糖酶的開發和利用具有重要的意義。
    由于畜禽和魚類的消化酶系不含甘露聚糖酶，因此甘露聚糖類物質是一種主要的抗營養因子。微生物來源的β—甘露聚糖酶能以內切方式降解β—1，4糖苷鍵，其作用底物包括葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖及β—甘露聚糖等，降解產物為甘露寡糖和甘露糖。已廣泛證實β—甘露聚糖酶對動物的生長發育具有一系列積極作用。包括：1)促進動物生長，提高動物的飼料轉化效率。β—甘露聚糖酶可提高肉雞增重4.4-10.3%，飼料轉化率2.9-6.0％，提高肉豬增重4.2-8.6%，飼料轉化率4-9％；2) 甘露聚糖酶可以促進營養分消化，改善動物腸道微生物生態，改善動物體的健康狀況。玉米/豆粕日糧中添加0.1%甘露聚糖酶可使肉雞盲腸沙門氏菌數量比對照減少12%；3) 甘露聚糖酶可以降低腸道內容物的粘稠度，減少糞便排泄，減輕環境污染；4) β—甘露聚糖酶可以提高微量元素的生物利用率。甘露聚糖吸附微量元素，抑制其消化吸收； 5) β—甘露聚糖酶降解產物甘露寡糖可促進動物腸道有益菌的生長；6) β—甘露聚糖酶及降解產物甘露寡糖可正向刺激機體免疫活性；7)降解產物甘露寡糖還能夠吸附真菌毒素，減少抗生素等化學藥物的使用，是生產綠色動物食品的添加劑。
    我國豬雞的主要日糧是玉米/豆粕型日糧，其主要的抗消化粘性多糖是甘露聚糖。玉米和豆粕中甘露聚糖占非淀粉多糖的比例分別為11.7％和22.7％。大豆多糖可吸收自身重量七倍的水，并吸附多種微量元素，降低其生物利用率。β—甘露聚糖酶是對玉米/豆粕型日糧非常有效的飼用酶制劑，它可以降解其含有的抗消化粘性多糖，促生長提高飼料利用效率的效果非常顯著（表1）。
酶法分解制備甘露寡糖，是β—甘露聚糖酶應用研究的重點內容之一。但一些β—甘露聚糖酶專業性不強，轉化率不太高。目前相當一些甘露寡糖產品是啤酒酵母提取物，如美國奧特奇公司銷售的此種產品，寡糖含量為65％，售價偏高。應用β—甘露聚糖酶酶解魔芋甘露聚糖、田箐膠等制備甘露寡糖，有望較大幅度降低生產成本。同時利用基因工程技術制備高活性β—甘露聚糖酶，提高酶的產量，進一步降低成本，推進甘露聚糖酶和甘露寡糖在飼料中的應用。
3 展望
    β—甘露聚糖酶和甘露寡糖的推廣應用，符合生態養殖業的需要。它們還可廣泛應用于食品、紡織、石油等工業領域，如甘露寡糖是最有效的雙岐因子之一，可以口服，國內外已經廣泛地用于保健食品中。β—甘露聚糖酶還可用于從豆類植物中提煉植物油，降低咖啡、巧克力、可可液的粘性。β—甘露聚糖酶和木聚糖酶協同作用可用于造紙工業。β—甘露聚糖酶還可作為石油壓裂液的破膠劑具有效力高、成本低、對地層傷害小等優點。特別是利用該酶來水解魔芋以制備高純度的甘露寡糖，其市場前景十分廣闊。作為生產原料的魔芋廣泛的分布于四川、云南、貴州、湖北西部等欠發達的山區，該酶的大規模生產對于科技扶貧也有著重要的推動作用。因而，近年來β—甘露聚糖酶的研究逐漸成為了國內外的研究熱點。但是國內各有關科研單位的研究大多限于實驗室階段，所報道的發酵酶活低，酶解產物組成不穩定，生產成本較高，難以取得競爭優勢。篩選高比活酶基因，應用基因工程技術構建高效產酶的微生物，進行分子育種改良酶的性質，優化寡糖的酶解制備工藝，是國際上的研究熱點和方向，也具有很好的科學意義和應用前景。