Pektinase

Pektinase bezieht sich auf eine Gruppe von Enzymen, die den Abbau von Pektin katalysieren. Pektinase ist in höheren Pflanzen und Mikroorganismen weit verbreitet und kommt auch in einigen Protozoen und Insekten vor. In Mikroorganismen können Bakterien, Actinomyceten, Hefen und Schimmelpilze Pektinase synthetisieren und metabolisieren. Der kommerzielle Gewinn aus der industriellen Anwendung von Pektinase hat deren Forschung und Entwicklung gefördert. Viele Hersteller weltweit produzieren Pektinase-Präparate. Mit dem technologischen Fortschritt sind die Produktionskosten allmählich gesunken und die Anwendungen von Pektinase sind verbreiteter geworden.

Quellen

Viele Schimmelpilze und kleine Mengen von Bakterien und Hefen können Pektinase produzieren, hauptsächlich Aspergillus und Bacillus, andere sind Penicillium (Penicillium expansum, Penicillium griseoroseum, usw.), Sclerotium rolfsii, Rhizoctonia solani, Mucor pusilus, Mucor mucedo, Cloctridium thermosaccharolyticum, Rhizopus stolonifer, Aureobasidium pullulans, Neurospora rassa, Sporotrichum thermophile, usw. Da Aspergillus niger in Pilzen zu GRAS (Generally Regarded As Safe) gehört, sind seine Metaboliten sicher, sodass die derzeit auf dem Markt befindliche Lebensmittelqualität-Pektinase hauptsächlich aus Aspergillus niger stammt und der optimale pH-Wert in der Regel im sauren Bereich liegt. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der molekularbiologischen Techniken kann die Gentechnologie auch verwendet werden, um die Expression von Pektinase in anderen mikrobiellen Wirten zu erreichen.

Klassifikation

Pektinase kann in vier Typen unterteilt werden: Protopektinase, Polygalakturonase, Pektinlyase (PL) und Pektinesterase (PE). Protopektinase kann die Auflösung von Pektin fördern. Je nach katalytischem Mechanismus wird die Protopektinase in zwei Typen unterteilt: Typ A Pektinase und Typ B Pektinase. Erstere wirkt hauptsächlich auf den inneren polygalakturonsäurehaltigen Bereich von Protopektin. Letztere wirkt hauptsächlich auf die äußeren Polysaccharidketten der Galakturonsäureketten und Zellwandbestandteile. Polygalakturonase ist eine Art von Pektinase, die die Hydrolyse der Galakturonsäurekette unter Wasserbedingungen fördert. Je nach unterschiedlichen Hydrolysemechanismen kann sie in zwei Typen unterteilt werden: einer ist die pilzliche Exogalakturonase, deren Endprodukt monomere Galakturonsäure ist; der andere ist die bakterielle Exogalakturonase, deren Endprodukt dimerische Galakturonsäure ist. Pektinlyase ist eine Pektinase, die pektische Polymere durch Trans-Elimination spaltet. Die Pektinlyase spaltet die glykosidische Bindung an der C-4-Position, während sie ein H-Atom von C-5 eliminiert, was zu einem ungesättigten Produkt führt. Je nach katalytischem Mechanismus und unterschiedlichen Substraten kann die Pektinlyase in Endogalakturonase (EndoPGL), Exogalakturonase (ExoPGL), Endopolymethylgalakturonase (EndoPMGL) und Exopolymethylgalakturonase (ExoPMGL) unterteilt werden. Pektinesterase kann die Methoxygruppe entfernen und die Demethylierung von Pektin fördern.

Eigenschaften

Das Molekulargewicht von Pektinase liegt in der Regel zwischen 20 kD und 60 kD, und die meisten von ihnen existieren als monomere Enzyme. Die Pektinaseaktivität liegt normalerweise im pH-Bereich von 3,0 bis 9,0, mit einem isoelektrischen Punkt von 4,0 bis 9,0. Darunter liegt der optimale pH-Wert eines Hydrolase bei 4,0 bis 6,5, und ihre Wirkung erfordert nicht die Beteiligung von Ca²⁺. Der optimale pH-Wert der Pektinlyase liegt bei 8,0 bis 10,0, und ihre Wirkung erfordert die Beteiligung von Ca²⁺. Die von verschiedenen Stämmen produzierte Pektinase hat unterschiedliche Eigenschaften. Zu den gängigen Reinigungsmethoden für Pektinase gehören Ammoniumsulfat-Fällung, Aceton-Fällung, Ionenaustauschchromatographie und Gel-Filtrationschromatographie.

Anwendungen

Pektinase kann die Zellwand von Pflanzenzellen aufbrechen, was in der Produktion von Obst- und Gemüsesäften, der Klärung von Obstweinen, der Extraktion von Naturprodukten, der biologischen Entgummung von Textilien und der biologischen Zellstoffherstellung in der Papierindustrie angewendet werden kann. Die meisten der ursprünglichen Säfte und konzentrierten Säfte verwenden Pektinase während des Produktionsprozesses. Da der Pektinanteil in verschiedenen Früchten ziemlich unterschiedlich ist und die Zusammensetzung von Pektin ebenfalls leicht variiert, sollte die Enzymzusammensetzung von Pektinase je nach verschiedenen Sorten und Verarbeitungszwecken bestimmt werden. Das Vorhandensein von Pektin beeinflusst oder behindert in unterschiedlichem Maße die Freisetzung von Naturprodukten. Unter geeigneten Bedingungen kann die Autolyse von Pflanzenzellen lyseaktive Enzyme, einschließlich Pektinase, produzieren. Dieser Prozess kann jedoch strukturelle Veränderungen im zu trennenden Produkt verursachen und sogar kleine Molekülnebenprodukte erzeugen, die in den meisten Fällen die Trennung erschweren. Daher erleichtert das Verlassen auf das Selbstenzym-System von Pflanzenzellen nicht die Extraktion von Naturprodukten. Im Allgemeinen sollte das intrazelluläre Enzymsystem vor der Auswahl des entsprechenden Enzyms für die Verarbeitung hitzeinaktiviert werden. Der Einsatz von alkalischer Pektinase anstelle von Alkalien zur Verarbeitung von Baumwolle, Hanf und anderen Stoffen kann das Pektinmaterial unter relativ milden pH- und Temperaturbedingungen entfernen, um den behandelten Stoff weich zu machen. Dieser hochintensive Prozess ersetzt den traditionellen heiß-alkalischen Entgummungsprozess, der große Energiemengen verbraucht und stark verschmutzt. Die Biopulping in der Papierindustrie ähnelt der biologischen Entgummung von Textilien. Pektinasen werden verwendet, um Pektin, Hemicellulose und Lignin in pflanzlichen Faserrohstoffen abzubauen und sie in Bündelfasern oder Monofilamente zu dispergieren, die den unterschiedlichen Anforderungen der Papierindustrie entsprechen.