Xylanase

Xylanase

Xylan ist ein heterogenes Polysaccharid, das in pflanzlichen Zellwänden vorkommt und etwa 15 % bis 35 % des Trockengewichts pflanzlicher Zellen ausmacht. Es ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Hemicellulose (Hemicellulose). Das meiste Xylan ist ein komplexes, stark verzweigtes heterogenes Polysaccharid, das viele verschiedene Substituenten enthält. Die Biodegradation von Xylan erfordert daher ein komplexes Enzymsystem, um Xylan durch die Synergie verschiedener Komponenten abzubauen. Daher ist Xylanase eine Gruppe von Enzymen, kein einzelnes Enzym.

Quellen von Xylanase

Xylanase ist in der Natur weit verbreitet und kann aus Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen gewonnen werden. Zum Beispiel ist Xylanase in marinen und terrestrischen Bakterien, marinen Algen, Pilzen, Hefen, Pansen- und Wiederkäuerbakterien, Schnecken, Krebstieren, pflanzlichen Geweben und verschiedenen Wirbellosen vorhanden. Mikrobielle Xylanase ist in der Natur ubiquitär und hat eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Daher gibt es viele Berichte über die Forschung zu mikrobieller Xylanase. In letzter Zeit ist die am meisten untersuchte und angewandte Xylanase von Bakterien und Pilzen die von Bakterien. Unter ihnen können Bakterien alkalische und saure Xylanase produzieren, während Pilze nur alkalische Xylanase produzieren können. Fadenpilze setzen die höchsten extrazellulären Enzyme frei. Derzeit wird Xylanase hauptsächlich durch Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien zur Fermentationsproduktion verwendet.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Xylanase.

Zusammensetzung von Xylanase

Xylanolytische Enzymsysteme (xylanolyticenzymesystems) sind eine Klasse von Xylan-abbaubaren Enzymsystemen, einschließlich β-1,4-Endoxylanase, β-Xylosidase, α-L-Arabinosidase, α-D-Glucuronidase, Acetylxylanase und Phenolatesterase, die eine große Menge an Xylan-Hemicellulose, die in der Natur vorkommt, abbauen können. Im Xylan-Hydrolasesystem ist β-1,4-Endoxylanase das kritischste Hydrolase, das Xylan abbaut, indem es die β-1,4-glycosidische Bindung des Xylanmoleküls hydrolysiert, um kleine Oligosaccharide und Xylooligosaccharide wie Oligosaccharide sowie eine kleine Menge Xylose und Arabinose zu erzeugen. Beta-Xylosidase katalysiert die Freisetzung von Xylose-Resten, indem sie die Enden von Xylooligosacchariden hydrolysiert. Darüber hinaus gibt es α-L-Arabinofuranosidase, α-Glucuronidase, Acetylxylanesterase und Araxylan-Seitenkettenreste sowie Phenole, die Xylan vollständig abbauen können. Seitenkettenhydrolasen wie phenolische Esterasen von Esterbindungen, die durch Säuren (wie Ferulasäure oder Cumarsäure) gebildet werden, wirken auf die glycosidische Bindung zwischen Xylose und Seitenketten-Substituenten und arbeiten mit dem Hauptketten-Hydrolase-Enzym zusammen, um letztendlich Xylan in seine Bestandteile Monosaccharide umzuwandeln.

Anwendungen

• Anwendung von Xylanase in Backwaren

Xylanase erhöht das Volumen des Teigs, indem sie die Struktur des Gluten-Netzwerks verändert, was die Elastizität und Duktilität des Teigs erhöht, die Trockenheit, Härte und Wasserretention verringert, die Kaubarkeit und Viskosität reduziert und die Verarbeitung und Stabilität des Teigs verbessert.

• Anwendung von Xylanase in Getränken

Im Saftproduktionsprozess ist eine zu hohe Viskosität nicht förderlich für die Saftfiltration, und eine zu hohe Trübung führt zu einer Verschlechterung der Saftqualität. Nach der Behandlung mit Xylanase erhöht sich die Filterfähigkeit des Saftes (die Trübung des Saftes verringert sich, da die Xylanase die in dem Rohsaft vorhandenen Kohlenhydrate und Polysaccharide hydrolysiert). Darüber hinaus kann die kombinierte Verwendung von komplexen Enzymen (wie Cellulase) und Xylanase auch die Effizienz der Saftgewinnung verbessern.

• Anwendung von Xylanase in der Brauindustrie

Im Produktionsprozess von Bier enthält Malz Hemicellulose, die extrem hydrophil ist, was die Filtration von Würze erschwert und den Ertrag der Würze verringert. Die Zugabe von Xylanase im Brauprozess von Bier hilft, die Viskosität der Würze zu verringern, den Ertrag und die Ausbeute der Würze zu verbessern und die Filtrationsrate der Würze zu beschleunigen.

• Anwendung von Xylanase in Gesundheitsprodukten

Funktionelle Oligosaccharide, einschließlich Xylooligosaccharide, sind im Dünndarm von Säugetieren aufgrund des Fehlens entsprechender Verdauungsenzyme schwer verdaulich, werden jedoch leicht von probiotischen Mikroorganismen im Dickdarm wie Lactobacillus und Bifidobacterium assimiliert und metabolisiert, weshalb sie als Präbiotika verwendet werden und von Interesse sind. Die Verwendung von Xylanase-Hydrolyse zur Herstellung von Xylooligosacchariden ist zur Hauptproduktionsmethode von Xylooligosacchariden in der Industrie geworden.

Schlussfolgerungen

Xylanase wird als Biokatalysator in der Lebensmittelindustrie weit eingesetzt, aber die Komplexität und die schnelle Entwicklung der Lebensmittelindustrie erfordern, dass Xylanase effizient, vielfältig und spezifisch gefördert wird. In den letzten Jahrzehnten wurde durch die Anwendung einer einzelnen oder umfassenden Methode (wie Hochdurchsatz-Screening, Proteinengineering usw.) die Entwicklung von hochthermostabilen, säure- und alkalibeständigen, nicht-metallionabhängigen, schnell reagierenden, substratnutzenden hochwertigen Xylanasen vorangetrieben, um den tatsächlichen Produktionsbedürfnissen der Lebensmittelindustrie gerecht zu werden. Es gibt jedoch noch viele Probleme, die dringend gelöst werden müssen, wie z.B. niedrige Umwandlungseffizienz der Enzyme, hohe Preise, niedrige Wiederverwertungsrate, schlechte Stabilität und enge Substrat-Aktionsbereiche. Daher ist es notwendig, das Wissen über grundlegendes strukturelles Design und grundlegende Biochemie als Leitfaden zu verwenden und genetische Ingenieurtechniken, Proteinengineering, biokomputersimulation und Hochdurchsatzmethoden zu nutzen, um die katalytischen Eigenschaften von Xylanase weiter zu zielen, um die Lebensmittelqualität zu verbessern, die Produktionskosten zu senken und eine nachhaltige Entwicklung zu erreichen.

Referenz