Kohlenhydratase

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Einleitung

Zucker stellen die in der Natur am häufigsten vorkommende Klasse organischer Verbindungen dar, und ihr Abbau sowie ihre Verwertung durch Organismen zählen zu den wichtigsten biochemischen Reaktionen. Carbohydrasen sind eine große Enzymklasse, deren Funktion im Abbau, in der Modifikation und in der Bildung glykosidischer Bindungen besteht. Aufgrund der geringen Löslichkeit makromolekularer Zucker sind deren glykosidische Bindungen schwer zugänglich, weshalb sie vergleichsweise effizient durch Enzyme umgesetzt werden. Daher sind sie für die enzymatische Umsetzung relativ ineffizient. Die Kohlenhydrat-Bindedomäne kann Polysaccharid-Substrate spezifisch binden und spielt eine Schlüsselrolle bei der Steigerung der enzymatischen Effizienz gegenüber Zuckersubstraten.

Carbohydrasen und Wachstumsleistung bei Geflügel

Die kommerzielle Anwendung von Carbohydrasen in Geflügelfuttermitteln begann Ende der 1980er- und Anfang der 1990er-Jahre, als damit Probleme im Zusammenhang mit dem Wassergehalt der Einstreu sowie Verdauungs- und scheinbarer metabolisierbarer Energie, verursacht durch faserreiche Rationen, verbessert werden konnten. Diese Enzyme werden eingesetzt, um die nachteiligen Effekte nicht stärkehaltiger Polysaccharide (NSP) auf die Darmgesundheit und die Leistungsparameter von Geflügel auszugleichen. Mehrere frühere Studien haben gezeigt, dass von Pilzen und Bakterien sezernierte Enzyme wirksam beim Abbau von β-Glucan und Arabinoxylan in Rationen sind, deren Hauptkomponenten Weizen, Gerste, Roggen oder Hafer sind.

Tabelle 1. Wirksamkeit verschiedener Carbohydrasen in unterschiedlichen Futtermittelkomponenten

Xylanase

Xylanase wird üblicherweise eingesetzt, um nicht stärkehaltige Polysaccharide wie Arabinoxylan und β-Glucan in Geflügelfuttermitteln abzubauen. Studien haben gezeigt, dass die Zugabe von Xylanase zu weizen- oder gerstebasierten Rationen die Viskosität des Darminhalts bei Geflügel um 30 % bis 50 % bzw. um 300 % senken kann. Die Verringerung der Viskosität des intestinalen Chymus verbessert die Proteinverdaulichkeit, die scheinbare Verdaulichkeit der metabolisierbaren Energie, die Futteraufnahme, die Gewichtszunahme und die Futterverwertung.

Neue Generation von Carbohydrasen

Der Begriff „Next-Generation-Fütterungsenzyme“ (Carbohydrasen) wurde erstmals von Cozannet et al. verwendet. Diese Enzyme zeichnen sich durch eine besondere thermische Stabilität, hohe Aktivität und einen breiten pH-Bereich aus und können die Verdaulichkeit eines breiten Spektrums an Nährstoffen verbessern. Der Einsatz einer neuen Generation von Carbohydrasen, angereichert mit Xylanase- und Arabinofuranose-Enzymen, kann die Gesamtverdaulichkeit von Futtermitteln für Masthähnchen verbessern. Xylan-Endonukleasen bauen Arabinoxylan-Ketten ab, indem sie das Xylan-Rückgrat hydrolysieren. Mehrfache Arabinose-Substitutionen verringern jedoch die Effizienz der Xylanase, insbesondere in Mais und entsprechenden Nebenprodukten.

Carbohydrase zur Modifikation von Stärke

Die funktionellen Eigenschaften modifizierter Stärken, die mit verschiedenen Kohlenhydrat-Enzymen behandelt wurden, haben in der Lebensmittelwissenschaft und -technologie große Aufmerksamkeit erhalten. Enzyme werden eingesetzt, um Stärke zu modifizieren und ihre strukturellen Eigenschaften für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie und weiteren Industriezweigen zu verändern. Enzyme, die linear aufgebaute Stärken hydrolysieren, wie z. B. Cyclodextrin-abbauende Enzyme, können zur Herstellung verschiedener linearer Stärken verwendet werden. Wenn Deprotonierungsenzyme mit Stärke reagieren, werden die Seitenketten der verzweigten Stärke verändert, und die resultierende modifizierte Stärke ist während des Gefrier-Auftau-Prozesses stabil, was für die Lebensmittelindustrie sehr vielversprechend ist. Die resultierende modifizierte Stärke ist im Gefrier-Auftau-Prozess stabil und besitzt ein großes Anwendungspotenzial in der Lebensmittelindustrie.