Pullulanase

Pullulanase ist eine Klasse von Enzymen, die die Hydrolyse von a-1,6-glycosidischen Bindungen in Stärke und anderen Polysaccharidverbindungen katalysieren kann, um Amylose zu bilden. Entsprechend den Unterschieden in der Proteinstruktur und der Klassifikationsbasis der Glycosid-Hydrolase-Familie (GH) kann Pullulanase im Allgemeinen in zwei verschiedene Glycosid-Hydrolase-Protein-Familien eingeteilt werden: die GH13-Familie und die GH57-Familie. Die meisten Pullulanasen gehören zur GH13-Familie, und nur wenige Pullulanasen gehören zur GH57-Familie. In Bezug auf die räumliche Struktur des Proteins hat die GH13-Familie von Pullulanase die typische (a/B) 8-Fassstruktur dieser Familie. Die GH57-Familie von Amylopektin hat eine (a/B) 7-Fassstruktur.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Pullulanase.

Eigenschaften

Verschiedene Quellen von Pullulanase haben unterschiedliche Spezifität für die Wirkung des Substrats, was sich hauptsächlich in der Fähigkeit äußert, verschiedene Pullulan-Oligosaccharide abzubauen. Verschiedene Typen von Pullulanase haben unterschiedliche Reaktionsbedingungen, wie Hefe-Pullulanase, Aerogenes-Pullulanase und Actinomyceten-Pullulanase. Der optimale pH-Wert beträgt 6,2, 5,6-7,2 und 5,0, und die optimalen Temperaturen sind 20℃, 45-50℃ und 60℃. Metallionen haben einen Einfluss auf die Aktivität von Pullulanase, Ca²⁺ kann die pH-Stabilität und thermische Stabilität von Isoamylase verbessern, während Hg²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ und andere hemmende Aktivitäten aufweisen.

Quelle

Pullulanase kommt in der Natur weit verbreitet vor und ist in fast allen Arten von Organismen verteilt. Abgesehen von einem kleinen Teil der Pullulanase, die aus Tieren, Pflanzen und anderen Organismen stammt, existiert der Großteil der Pullulanase in der Natur in Mikroorganismen. Es gibt bestimmte Unterschiede in einer Reihe von Eigenschaften von Pullulanase aus verschiedenen Quellen in Bezug auf die Aminosäuresequenz, Substratspezifität, enzymatische Eigenschaften, räumliche Proteinstruktur usw.

Anwendungen

Pullulanase wird in der Industrie weit eingesetzt. Im Prozess der Stärkehydrolyse kann die Zugabe von Pullulanase die Abbaurate der Rohstoffe erhöhen, die Reaktionszeit verkürzen, die Umwandlungsrate erhöhen und die Produktion anderer Nebenprodukte hemmen und reduzieren. Im Prozess der Herstellung von Hochglukosesirup kann die Glucoamylase aufgrund ihrer Unfähigkeit, a-1,6-glycosidische Bindungen abzubauen, oft den erwarteten DE-Wert für die Produktion nicht erreichen. Obwohl die Umwandlungsrate durch Erhöhung der Menge an Saccharifizierungsenzym oder durch Reduzierung der Konzentration der Stärkesuspension erhöht werden kann, führt dies neben der Erhöhung der Produktionskosten auch zur Bildung des Nebenprodukts Isomaltose, was Probleme für den nachfolgenden Prozess verursacht. Die Zugabe von Pullulanase zum Saccharifizierungsenzym in der Saccharifizierungsphase zur Synergie kann neben der Hemmung und Reduzierung der Produktion von Isomaltose auch die Menge des Saccharifizierungsenzym reduzieren, die Stärkeausnutzung verbessern, den Saccharifizierungsprozess beschleunigen und die Produktionszeit sparen. Maltose hat einen süßen Geschmack, eine niedrige Kristallinität und Hygroskopizität sowie eine geringe Süße. Maltit, das nach der Hydrierungsreaktion von Maltose entsteht, hat weniger Kalorien und kann in speziellen Lebensmitteln verwendet werden, die auf bestimmte Krankheitsgruppen abzielen, anstelle von Zucker. Bei der Herstellung von Hochmalzsirup werden traditionell a-Amylase und Exo-Saccharifizierungsenzym (d.h. β-Amylase) in Kombination verwendet, um Hochmalzsirup herzustellen. Da diese beiden Enzyme jedoch nur a-1,4-glycosidische Bindungen abbauen können, wird während des Produktionsprozesses unvermeidlich eine große Menge Dextrin produziert, was dazu führt, dass der Maltosegehalt 60% nicht überschreitet. Im traditionellen Prozess zur Herstellung von Hochmalzsirup kann durch die Zugabe einer bestimmten Menge Pullulanase der Ertrag an Maltose auf bis zu 90% steigen.

Referenz