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干貨丨纖維結構-纖維素酶知多少?
時間:2023-03-10
      谷物中z常見的纖維組分是纖維素和阿拉伯木聚糖,這些纖維廣泛存在于谷物的細胞壁、胚芽和胚乳中,它們分別占谷物及谷物副產品的25%-30%和50%-60% (Jaworski等人,2015年;Navarro等人,2019年)。在谷物中還含有混合連接的β-葡聚糖和其他纖維成分,但這些成分在數量上不如纖維素和阿拉伯木聚糖那么多,連接的β-葡聚糖幾乎完全可以被腸道中的微生物酶降解 (Graham等人,1989年;Li等人,1996年)。因此,為了明顯改善谷物和谷物副產品的利用,需要對占比z大的纖維素和阿拉伯木聚糖進行水解,破壞纖維結構,同時產生大量的益生寡糖。為此,本期先對纖維素的結構以及纖維素酶做一個簡單的介紹。
      1纖維素的結構Structure of Cellulose
      纖維素是由多個葡萄糖單元通過β-1,4鍵連接的多聚糖,分為無定形區和結晶區。在纖維素結晶區域,纖維素長鏈之間通過氫鍵緊密相連 (Nishyiama et al., 2002),長鏈內部也有氫鍵相連接,排列緊密,β-1,4鍵被包裹在里面,這部分區域很難被酶解或者發酵(Ciolacu et al., 2011)。在纖維素無定型區域,長鏈之間沒有氫鍵連接。這部分纖維素相對比較疏松,酶有機會能夠接觸到里面的β-1,4鍵進行酶解。這也是酶解纖維素的主要區域。

       纖維素的無定型區域與結晶區域示意圖
      2纖維素分解酶Cellulolytic Enzyme
      纖維素的降解區域主要在其無定形區,分解無定型纖維素需要4種酶,分別是外切-葡聚糖酶、內切-葡聚糖酶、纖維糊精酶和β-葡萄糖苷酶 (Mansfield et al., 1999; Zhang and Zhang, 2013)。外切-葡聚糖酶切割位于鏈兩端的糖苷鍵,內切葡聚糖酶切割無定型纖維素長鏈的內部糖苷鍵。β-葡萄糖苷水解酶和纖維糊精酶切割分解出來的短鏈鏈纖維素,生成單個葡萄糖 (Zorec, 2014)。小腸中完成的酶解,葡萄糖可以被小腸直接吸收利用,就像利用淀粉中的葡萄糖一樣,對能量的改善是顯著的。后腸發生的酶解,釋放的葡萄糖將被后腸微生物群利用,隨后合成短鏈脂肪酸,這些脂肪酸將被吸收和代謝為能量或脂質沉積。
       纖維素無定型區被酶解的示意圖
      纖維素酶解和發酵的主要挑戰包括:(1)由于葡萄糖鏈之間的氫鍵結合,纖維素結晶部分的β-1,4糖苷鍵不可用;(2)豬后腸缺乏足夠的纖維素分解微生物;(3)纖維素酶解所需的β-葡聚糖酶活性較低,并且在后腸停留的時間短。
      纖維素結晶區域的氫鍵需要通過化學處理才可以打開(Fahey等人,1993年),目前沒有酶能夠打開這些氫鍵。因此,纖維素的利用在很大程度上僅 限于其無定型部分。如果將這部分無定形纖維素充分降解,一方面可以貢獻額外的葡萄糖,另一方面,促進與之結合的其他營養物質的充分利用。其中,纖維素酶是降解這一結構的關鍵酶之一。
      3希杰尤特爾纖維素酶CJYOUTELL Cellulase
      纖維素酶與其他飼料酶一樣,這些酶要能夠抵抗胃部的低pH,并對胃蛋白酶和胰蛋白酶具有抵抗力。此外,由于在小腸中的轉運時間短,纖維素酶需要能夠在2至4小時內作用,在消化液離開小腸之前釋放葡萄糖。
      3.1希杰尤特爾纖維素酶酶學特性:
      (1)自有專利菌種(US6190189B1)深層液體發酵。產品含有水解纖維素所需的三個酶:內切β-1,4葡聚糖酶、外切β-1,4葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。協同高x,酶解c底。
      (2)希杰尤特爾纖維素酶耐溫耐酸性
      耐pH范圍廣泛,在小腸內保持高酶活,具有良好的耐溫性能,有效降解纖維素。
      3.2希杰尤特爾纖維素酶應用效果
      3.2.1 對纖維結構的破壞
      電鏡觀察纖維形態(6000PFI),a為不添加纖維素酶,b為添加纖維素酶。纖維素結構被破壞后,釋放出一些親水性物質,形成親水凝膠層。(Peng等, 2018)
      3.2.2 對高纖維秸稈的水解 
      秸稈的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素,使用纖維素酶和木聚糖酶水解秸稈,觀察對纖維素的降解效果(慈元釗等,2019)
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