淀粉作为自然界能量的主要来源，广泛存在于植物细胞和种子中。淀粉是多分子聚合物，由直链淀粉和支链淀粉组成。直链淀粉占淀粉含量的15%-25%，由线性的葡萄糖以α-1,4糖苷键构成；支链淀粉占75%-85%，由若干个寡糖链以α-1,6糖苷键结合在主链上形成分支结构。支链淀粉每隔17-26个葡萄糖单位就有一个支链点，整个淀粉约含4%-5%的α-1,6糖苷键。
    普鲁兰酶( Pullulanase)是一类淀粉脱支酶，因其能专一性水解普鲁兰糖（Pullulan，麦芽三糖以α-1,6 糖苷键连接起来的聚合物）而得名，属淀粉酶类，能够专一性切开支链淀粉分支点中的α-1,6 糖苷键，切下整个分支结构，形成直链淀粉。与异淀粉酶不同的是，普鲁兰酶可以将最小单位的支链分解, 最大限度的利用淀粉原料，而异淀粉酶虽然也能水解分支点的α-1,6 糖苷键，但是不能水解由2-3个葡萄糖残基构成的侧枝。

1 普鲁兰酶的分类与酶学性质

1.1   分类
    依据普鲁兰酶的底物特异性可以将其分成两大类：(i)类型I（EC 3.2.1.41），又称脱支酶，特异性水解普鲁兰糖和具有分支结构寡糖的α-1,6 糖苷键，形成麦芽三糖和线性的以α-1,4 糖苷键连接的多聚物。I型普鲁兰酶属于糖苷水解酶13家族（又称α淀粉酶家族），这个家族中包含了30多种酶。(ii)类型II（EC 3.2.1.1/41），又称Amylopullulanse(Apase)，既能水解普鲁兰糖和其它具有分支结构寡糖的α-1,6 糖苷键，又能水解线性和分支结构的α-1,4 糖苷键。II型普鲁兰酶被两个糖苷水解酶家族涵盖，即GH57家族和GH13家族。
1.2   酶学性质
（1）最适温度和 pH
    普鲁兰酶最适温度和 pH范围与淀粉酶相似，最适pH为5.0-9.6，最适温度为50℃-105℃。Bacillus acidopullulyticus的I型普鲁兰酶最适pH 为4.5-5.5, 与糖化酶的最适pH相近。该酶的最适温度为60℃，45℃和68℃时测定酶活力为60℃的50%，20℃时测定酶活力为60℃的20%； 最适pH为5.0，pH 4.0和pH 6.0时测定酶活为pH为 5.0的50%以下，pH 3.3时酶活接近0；在60℃，pH 4.5-5.5时，72h后仍可以保留50%-65%的酶活。该酶由丹麦NovoNordisk公司开发成商品酶， 在应用领域占据了大部分的市场份额。
（2）金属离子的影响
    不同的金属离子影响普鲁兰酶的活性。Cu2+抑制Clostridium thermohydrosulfuricum I型普鲁兰酶活性，Ca2+稳定和促进该酶的分泌。Mn2+、Ca2+ 和Co2+ 对Micrococus sp.I型普鲁兰酶有明显的激活作用。
    在培养基添加Ca2+，增加C.thermohydrosulfuricum普鲁兰酶(II型)的酶活力、热稳定性和底物结合能力。0.5mM Ca2+提高Pyrococcus furiosus II型普鲁兰酶90℃半衰期四倍达44小时，Sr2+对该酶也有激活作用，Ni2+、 Cu2+和Zn2+对该酶有抑制作用。Na+和Mg2+对Thermococcus hydrothermalis的II型普鲁兰酶无影响，Mn2+、Sr2+对该酶略有激活作用。
2 普鲁兰酶的产生菌种
    1961年，首次报道了普鲁兰酶的产生菌产气气杆菌(Aerobacter aerogenes)，后在多种微生物中发现有普鲁兰酶存在，多为芽孢杆菌。Manika等报道了产I型普鲁兰酶的微生物如Bacteroidesthetaiotaomicron、Bacillus stearothermophilus、Bacillus flavocaldarius、Bacillus sp. S-1、Caldicellulosiruptot saccharolyicus、Clostridium thermohydrosulfuricum、Klebsiella oxytoca、Klebsiella aerogenes、Fervidobacteriumpennavorans Ven5等；产II型普鲁兰酶的微生物如Bacillus sp. KSM-1378、Bacillus sp. TS-23、Bacillus sp. XAL601、Bacillus circulans F-2、Pyrococcus furiosus等。
    来源于嗜热微生物的普鲁兰酶陆续被发现，多为II型普鲁兰酶，主要分离自嗜热古菌。热稳定的I型普鲁兰酶仅来源于一些嗜热的好氧细菌B.acidopullulolyticus和B.flavocaldarius KP 1228，嗜热细菌Thermusaquaticus YT-1、Thermus caldophilus GK-24和Bacillusthermoleovorans，极端厌氧嗜热菌Caldocellulosiruptor saccharolyticus、Fervidobacteriumpennivorans和Thermotoga maritime。
普鲁兰酶的工业化生产菌很少，仅有B.acidopullulyticus 和重组Bacillus deramificans等少数几个菌。
3 普鲁兰酶的应用
    近年来，普鲁兰酶与其它淀粉酶协同作用，应用在以淀粉为原料的食品加工等部门，大规模地提高了淀粉的利用率和生产效率。
    I型普鲁兰酶是研究较早较清楚的一类酶，因其能专一性水解支链淀粉分支点中的α-1,6糖苷键，形成直链淀粉，故最早被应于生产高葡糖浆和麦芽糖浆。在高葡糖浆生产中，普鲁兰酶与葡萄糖淀粉酶协同作用，提高葡萄糖的产量和纯度。在超高麦芽糖浆生产中，在糖化时加入普鲁兰酶有利于β-淀粉酶的作用，从而提高麦芽糖的含量。I型普鲁兰酶还被用来生产“干爽啤酒”，添加普鲁兰酶后大麦发酵度可高达75%，大大减少了发酵液中的不溶性物质。在抗消化淀粉的生产中，I型普鲁兰酶能将淀粉进行脱支处理后再经糊化老化处理增加抗消化淀粉的含量。
II型普鲁兰酶，尤其是高温II型普鲁兰酶，能同时水解α-1,4和α-1,6糖苷键，在淀粉酶解制糖工业有着广泛的应用前景。碱性II型普鲁兰酶在碱性条件下还可作为衣物洗涤剂和去污剂的有效的添加成分，应用到洗涤剂工业中。
    目前饲料以玉米-豆粕型日粮为主，其中支链淀粉难以利用，造成饲料的浪费。尤其对于幼年的家禽，如仔鸡、仔猪等，它们的消化系统发育尚不健全，消化能力不如成年的，不能很好地对饲料吸收利用，而且很容易引起肠道疾病，而剩余的养分又加速了肠道有害微生物的生长，使肠道渗透失调和腹泻。添加一定I型或II型的普鲁兰酶，再在动物内源和外源淀粉酶的作用下，能有效地促进动物对饲料中的营养物质的消化吸收，减少浪费，缩短生长周期，提高饲料利用率，提高动物的抗病能力，减少疾病发生，节约粮食，提高经济效益。还可以提高鸡的产蛋效率和奶牛的产奶率等。极大地满足了人们对蛋白质的需求。
4 展望
    普鲁兰酶能分解支链淀粉的特性决定了它在淀粉加工相关工业中的广泛应用, 已成为淀粉酶制剂中一个很有前途的新品种。未来普鲁兰酶的发展方向主要在以下几个方面：
4.1 普鲁兰酶结构功能的研究
    不同来源的普鲁兰酶由不同环境的宿主菌产生，其酶学性质具有差异。克隆不同来源的普鲁兰酶，进行异源表达，对这些普鲁兰酶的结构和功能进行研究，将进一步阐明普鲁兰酶的结构和功能的关系。
4.2 普鲁兰酶的蛋白质工程研究
    目前，蛋白质工程研究的技术手段发展很快。在理性设计和定点突变的基础上，使获得高比活，良好的热稳定性和pH稳定性，金属离子抗性、蛋白酶抗性的普鲁兰酶成为可能。我们分离获得或是表达产生的的普鲁兰酶，很少具有所需的全部的酶学性质，因此，对现有的普鲁兰酶进行改造，即普鲁兰酶的蛋白质工程将成为未来发展的主要方向。
4.3 普鲁兰酶的应用研究
    普鲁兰酶作为淀粉酶的一种，主要应用在淀粉加工工业中，还应用在饲料、纺织等行业，有着巨大的市场和应用前景。目前，普鲁兰酶的工业化生产被丹麦和美国垄断, 价格昂贵，迫切需要国内的科学家进行普鲁兰酶的应用研究，摆脱对进口普鲁兰酶产品的依赖。