endo-1,4 β-Mannanase

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Einführung

β-Mannanase (endo-1,4-β-mannan mannanohydrolase, EC 3.2.1.78) ist verantwortlich für die zufällige Hydrolyse von β-1,4-mannosidischen Bindungen in Mannan, Glucomannan, Galactomannan, Galactomannan und Galactoglucomannan. Im täglichen Leben ist Amophophallus konjac eine gute Quelle für Glucomannan und ist ein Knollengemüse, das in einigen tropischen Ländern wie Japan, Bangladesch und Indien weit verbreitet konsumiert wird. Die Eigenschaft von β-Mannanase besteht darin, β-Mannan aus verschiedenen Pflanzen effektiv als Bioressourcen zu nutzen, um wertvolle Oligosaccharide zu produzieren. Als hydrolytische Produkte spielen die Oligosaccharide eine sehr wichtige Rolle im Wachstum von intestinalen Mikroorganismen, insbesondere Bifidobakterien, die positive Effekte auf die Zellen der Darmschleimhaut und andere intestinale Mikrobiota zeigen und somit die Stuhlmasse erhöhen. Mannanase kann auch in industriellen Produktionsprozessen eingesetzt werden, wie zum Beispiel bei der Extraktion von Pflanzenöl aus leguminösen Samen und zur Unterstützung des Herstellungsprozesses von Instantkaffee, Schokolade und Kakaolikör, um die Viskosität des Extrakts zu reduzieren. Mannanase kann auch zur Vorbleichung von Nadelholzschliff mit synergistischer Hilfe von Xylanase verwendet werden. Trotz seines hohen praktischen Potenzials ist die Verwendung von Mannanase aufgrund seiner niedrigen Ausbeute und hohen Produktionskosten noch begrenzt.

Neueste Forschungen haben mehr Aufmerksamkeit auf die Extraktion und Nutzung von β-Mannanase aus verschiedenen Quellen wie Pflanzen, Bakterien, Pilzen, Actinomyceten und Mollusken gerichtet. Vergleichende Studien von β-Mannanase, die aus Bakterien isoliert wurden, zeigten, dass die quantitative Produktion und Hydrolyseeffizienz des Enzyms von Art zu Art unterschiedlich war, selbst zwischen verschiedenen Stämmen derselben Art. Bei einem Vergleich zwischen den Arten, wenn eine große Menge des Enzyms benötigt wird, werden Enzyme aus bakteriellen Quellen bevorzugt.

Eigenschaften des Enzyms

Die Molekulargewichte des aus dem Bacillus subtilis KU-1 Stamm gereinigten Enzyms, bestimmt durch Gel-Filtration und SDS-PAGE, betrugen 40 kDa und 39 kDa. Das Enzym zeigt die optimale Aktivität bei pH 7,0 und bei 50-55 °C und ist bei 60 °C für 1 Stunde stabil. Darüber hinaus behält das Enzym nach Lagerung in NaAc-Puffer bei Raumtemperatur (ca. 25 °C) und pH 6,5 für 2 Wochen mehr als 80 % seiner maximalen Aktivität. Das Enzym hatte einen isoelektrischen Punkt von 4,5. Laut dem Lineweaver-Burk-Diagramm betragen die berechnete Michaelis-Konstante (K_m) und die maximale Reaktionsgeschwindigkeit (V_max) des Enzyms 0,91 % und 2935 U mg^-1, respectively. Als das Enzym 24 Stunden lang mit einer Metallverbindung in einer Konzentration von 1 mM inkubiert wurde, zeigten Hg²⁺, Ag²⁺, Cu²⁺, Mn²⁺ und Cr²⁺ eine starke hemmende Wirkung auf die Enzymaktivität.

Nach der vollständigen Säure-Hydrolyse des Enzyms wird die Aminosäurezusammensetzung mit einem Aminosäureanalysator bestimmt. Die gemessene Aminosäurezusammensetzung (% mol) des Enzyms wird berechnet als: Asx, 15,1; Glx, 11,4; Gly, 5,6; Ala, 6,7; Val, 2,2; 1/2Cys, 0,3; Met, 1,7; Ile, 4,2; Leu, 9,3; Phe, 5,1; Lys, 5,3; His, 2,7; Arg, 3,4; Pro, 6,3 und aus den Mittelwerten nach 24, 48 und 72 h Hydrolyse.

Das Enzym hydrolysiert Konjac-Glucomannan, β-Mannan, Lärchenholz-Xylan, Johannisbrotkernmehl, Guarkernmehl, Cellulose und Inulin mit relativer Reaktivität von 100, 106, 66, 58, 54, 13 und 27 %, respectively. Aber es hat keine hydrolytische Aktivität gegenüber anderen Substraten wie Hafer, Birkenholz-Xylan, Carrageenan, Cyclodextrinen (α, β, γ), Pektin, Dextran, Hefeglukan, Laminaran und Lichenan. usw. Für alle oligomeren Produkte wird Mannose am reduzierenden Ende gefunden.