Разработка алгоритма прогнозирования свойств пектина, получаемого из протопектина с применением ферментов

Разработка алгоритма прогнозирования свойств пектина, получаемого из протопектина с применением ферментов

Автор: Семенихин С.О., Фабрицкая А.А., Городецкий В.О., Даишева Н.М., Котляревская Н.И., Люсый Н.И., Усманов М.М.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Рубрика: Технология продовольственных продуктов

Статья в выпуске: 7, 2024 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - разработка алгоритма прогнозирования свойств пектина, получаемого из протопектина с применением ферментов. Задачи: анализ воздействия различных пектолитических ферментов на протопектин и составление структурных схем трансформации молекулы протопектина. Приведены данные по влиянию наиболее распространенных пектолитических ферментов - эндополигалактуроназы, экзополигалактуроназы, пектинлиазы, пектатлиазы, пектинметилэстеразы, рамногалактуронангидролазы и рамногалактуронанлиазы на химическое строение и прогнозируемые свойства получаемого пектина. Приведены структурные схемы трансформации молекулы свекловичного протопектина под воздействием указанных ферментов. Показано, что применение эндополигалактуроназ, экзополигалактуроназ, пектинлиаз и пектатлиаз неэффективно для получения пектина, так как указанные ферменты гидролизуют гомогалактуронан протопектина до олигомеров галактуроновой кислоты, не обладающих свойствами пектина. Отмечено, что пектинметилэстеразы не оказывают влияние на размер молекулы пектина, а только снижают степень этерификации. Установлено, что для получения пектина из протопектина наиболее перспективными ферментами являются рамногалактуронангидролазы и рамногалактуронанлиазы. Отмечено, что при применении рамногалактуронангидролаз обеспечивается максимальное сохранение нативных свойств пектина, так как не изменяется вид связей внутри молекул галактуроновой кислоты, формирующей основную цепь гомогалактуронана, в отличие от воздействия рамногалактуронангидролаз, приводящих к образованию двойных связей между 4-м и 5-м атомами углеродов в концевых молекулах полигалактуроновой кислоты. Обосновано применение рамногалактуронангидролазы и рамногалактуронанлиазы для получения пектина, обладающего наибольшей молекулярной массой. На основании проведенного анализа по влиянию воздействия наиболее распространенных пектолитических ферментов на химическое строение пектина разработан алгоритм прогнозирования свойств пектина, включающий 7 стадий. Осуществление ферментативного гидролиза протопектина, согласно разработанному алгоритму, позволит получить пектин с заданными свойствами. Разработанный алгоритм прогнозирования свойств пектина может быть использован для разработки технологии и режимов трансформации пектинсодержащего сырья для получения пектина с заданными свойствами.

Еще

Растительное сырье, протопектин, пектин, гидролиз, пектолитические ферменты, свойства, алгоритм прогнозирования

Короткий адрес: https://sciup.org/140306732

IDR: 140306732   |   DOI: 10.36718/1819-4036-2024-7-201-213

Список литературы Разработка алгоритма прогнозирования свойств пектина, получаемого из протопектина с применением ферментов

  • Настольная книга чпроизводителя и переработчика плодоовощной продукции / под ред. Н.К. Синха, И.Г. Хью. СПб.: Профессия, 2017. 912 с.
  • Донченко Л.В., Сокол Н.В., Красноселова Е.А. Пищевая химия. Гидроколлоиды. М.: Изд. Юрайт, 2019. 80 с.
  • Новиков Н.Н. Биохимия растений. М.: Ленанд, 2019. 680 с.
  • Влияние композиции ферментов и значения рH экстрагента на эффективность извлечения пектина из свекловичного жома / С.О. Семенихин [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2023. № 7. С. 171–178. DOI: 10.36718/1819-4036-2023-7-171-178.
  • Направления развития технологии ферментативной экстракции пектиновых веществ / С.О. Семенихин [и др.] // Известия вузов. Пищевая технология, 2022. № 1. С. 6–10. DOI: 10.26297/0579-3009.2022.1.1.
  • Zdunek A., Pieczywek P.M., Cybulska J. The primary, secondary, and structures of higher levels of pectin polysaccharides // Food Scien-ce and Food Safety. 2020. № 20 (1). Р. 1101–1117. DOI: 10.1111/1541-4337.12689.
  • Уайтхерств Р.Дж. Ферменты в пищевой промышленности / пер. с англ. С.В. Макарова. СПб.: Профессия, 2013. 408 с.
  • Structural insights into the processivity of endopolygalacturonase I from Aspergillus niger / Gertie van Pouderoyen [et al.] // FEBS Letters. 2003. Volume 554, Issue 3. P. 462–466. DOI: 10.1016/s0014-5793(03)01221-3.
  • 1.68-Å Crystal Structure of Endopolygalac-turonase II from Aspergillus niger and Identifi-cation of Active Site Residues by Site-directed Mutagenesis / Yovka van Santen [et al.] // Journal of Biological Chemistry. 1999. Volume 274, Issue 43. P. 30474–30480. DOI: 10.1074/ jbc.274.43.30474.
  • Study of the mode of action of endopolyga-lacturonase from Fusarium moniliforme / E. Bonnin [et al.] // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 2001. Volume 1526, Issue 3. P. 301–309 DOI: 10.1016/ s0304-4165(01)00141-6
  • Maria Angélica dos Santos Cunha Chellegatti, Maria José Vieira Fonseca, Suraia Said. Puri-fication and partial characterization of exopoly-galacturonase I from Penicillium frequentans // Microbiological Research. 2002. Volume 157, Issue 1. P. 19–24. DOI: 10.1078/0944-5013-00127.
  • The crystal structure of a hyperthermoactive exopolygalacturonase from Thermotoga mariti-ma reveals a unique tetramer / Tjaard Pijning [et al.] // FEBS Letters. 2009. Volume 583, Is. 22. P. 3665–3670. DOI: 10.1016/j.febslet. 2009.10.047.
  • Deepak Chand Sharma T. Satyanarayana. Thermostable and alkalistable exopolygalactu-ronase of Bacillus pumilus dcsr1: Characteris-tics and applicability / International Journal of Biological Macromolecules. 2020. Vol. 164. P. 3340–3348. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020. 08.204.
  • Pectin lyase: A review / Sangeeta Yadav [et al.] // Process Biochemistry. 2009. Vol. 44, Is. 1. P. 1–10. DOI: 10.1016/j.procbio.2008. 09.012.
  • Ritu Saharan, Kanti Prakash Sharma. Produc-tion, purification and characterization of pectin lyase from Bacillus subtilis isolated from moong beans leaves (Vigna radiata) // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2019. Vol. 21. 101306. DOI: 10.1016/j.bcab. 2019.101306.
  • Purification and characterization of an alkaline pectin lyase from Aspergillus flavus / Sangeeta Yadav [et al.] // Process Biochemistry. 2008. Vol. 43, Is. 5. P. 547–552. DOI: 10.1016/j. procbio.2008.01.015.
  • Selman Uluisik, Graham B. Seymour. Pectate lyases: Their role in plants and importance in fruit ripening // Food Chemistry. 2020. Vol. 309. 125559 DOI: 10.1016/j.foodchem. 2019.125559.
  • Production pectin oligosaccharides using Humicola insolens Y1-derived unusual pectate lyase / Zhiyun Wang [et al.] // Journal of Bio-science and Bioengineering. 2020. Vol. 129, Is. 1. P. 16–22. DOI: 10.1016/j.jbiosc.2019. 07.005.
  • Biochemical characterization and evolutionary analysis of a novel pectate lyase from Aspergillus parasiticus / Guojun Yang [et al.] // International Journal of Biological Macromole-cules. 2020. Volume 152. P. 180–188. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.02.279.
  • Sequence, structure and functionality of pectin methylesterases and their use in sustainable carbohydrate bioproducts: A review / Rajender Kumar [et al.] // International Journal of Biolo-gical Macromolecules. 2023. V. 244. 125385. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.125385.
  • Functional characterization of the gels pre-pared with pectin methylesterase (PME)-treated pectins / Young-Hee Yoo [et al.] // In-ternational Journal of Biological Macromole-cules. 2009. Volume 45, Issue 3. P. 226–230. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2009.05.005.
  • Pectin methylesterase and its proteinaceous inhibitor: a review / Ruben P. Jolie [et al.] // Carbohydrate Research. 2010. V. 345, Is. 18. P. 2583–2595. DOI: 10.1016/j.carres.2010.10. 002.
  • Mode of action of RG-hydrolase and RG-lyase toward rhamnogalacturonan oligomers. Cha-racterization of degradation products using RG-rhamnohydrolase and RG-galacturono-hydrolase / Margien Mutter [et al.] // Carbohy-drate Research. 1998. Vol. 311, Is. 3. P. 155–164. DOI: 10.1016/s0008-6215(98)00188-8.
  • Jun Fu, Rolf Prade, Andrew Mort. Expression and action pattern of Botryotinia fuckeliana (Botrytis cinerea) rhamnogalacturonan hydro-lase in Pichia pastoris // Carbohydrate Re-search. 2001. Vol. 330, Is. 1. P. 73–81. DOI: 10.1016/s0008-6215(00)00268-8.
  • Rhamnogalacturonan I modifying enzymes: an update / Inês R. Silva [et al.] // New Biotech-nology. 2016. Volume 33, Issue 1. P. 41–54. DOI: 10.1016/j.nbt.2015.07.008.
  • Rhamnogalacturonan lyase reveals a unique three-domain modular structure for polysac-charide lyase family 4 / Michael A. McDo-nough [et al.] // FEBS Letters. 2004. Vol. 565, Is. 1–3. P. 188–194. DOI: 10.1016/j.febslet. 2004.03.094.
  • Structural and Biochemical Studies Elucidate the Mechanism of Rhamnogalacturonan Lyase from Aspergillus aculeatus / Malene H. Jensen [et al.] // Journal of Molecular Biology. 2010. Vol. 404, Is. 1. P. 100–111. DOI: 10.1016/j. jmb.2010.09.013.
  • Structural and functional analyses of glycoside hydrolase 138 enzymes targeting chain A galacturonic acid in the complex pectin rhamnogalacturonan II / A. Labourel [et al.] // Journal of Biological Chemistry. 2019. V. 294, Is. 19. P. 7711–7721. DOI: 10.1074/jbc.RA 118. 006626.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp