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干货丨纤维结构-纤维素酶知多少?
时间:2023-03-10
      谷物中z常见的纤维组分是纤维素和阿拉伯木聚糖,这些纤维广泛存在于谷物的细胞壁、胚芽和胚乳中,它们分别占谷物及谷物副产品的25%-30%和50%-60% (Jaworski等人,2015年;Navarro等人,2019年)。在谷物中还含有混合连接的β-葡聚糖和其他纤维成分,但这些成分在数量上不如纤维素和阿拉伯木聚糖那么多,连接的β-葡聚糖几乎完全可以被肠道中的微生物酶降解 (Graham等人,1989年;Li等人,1996年)。因此,为了明显改善谷物和谷物副产品的利用,需要对占比z大的纤维素和阿拉伯木聚糖进行水解,破坏纤维结构,同时产生大量的益生寡糖。为此,本期先对纤维素的结构以及纤维素酶做一个简单的介绍。
      1纤维素的结构Structure of Cellulose
      纤维素是由多个葡萄糖单元通过β-1,4键连接的多聚糖,分为无定形区和结晶区。在纤维素结晶区域,纤维素长链之间通过氢键紧密相连 (Nishyiama et al., 2002),长链内部也有氢键相连接,排列紧密,β-1,4键被包裹在里面,这部分区域很难被酶解或者发酵(Ciolacu et al., 2011)。在纤维素无定型区域,长链之间没有氢键连接。这部分纤维素相对比较疏松,酶有机会能够接触到里面的β-1,4键进行酶解。这也是酶解纤维素的主要区域。

       纤维素的无定型区域与结晶区域示意图
      2纤维素分解酶Cellulolytic Enzyme
      纤维素的降解区域主要在其无定形区,分解无定型纤维素需要4种酶,分别是外切-葡聚糖酶、内切-葡聚糖酶、纤维糊精酶和β-葡萄糖苷酶 (Mansfield et al., 1999; Zhang and Zhang, 2013)。外切-葡聚糖酶切割位于链两端的糖苷键,内切葡聚糖酶切割无定型纤维素长链的内部糖苷键。β-葡萄糖苷水解酶和纤维糊精酶切割分解出来的短链链纤维素,生成单个葡萄糖 (Zorec, 2014)。小肠中完成的酶解,葡萄糖可以被小肠直接吸收利用,就像利用淀粉中的葡萄糖一样,对能量的改善是显著的。后肠发生的酶解,释放的葡萄糖将被后肠微生物群利用,随后合成短链脂肪酸,这些脂肪酸将被吸收和代谢为能量或脂质沉积。
       纤维素无定型区被酶解的示意图
      纤维素酶解和发酵的主要挑战包括:(1)由于葡萄糖链之间的氢键结合,纤维素结晶部分的β-1,4糖苷键不可用;(2)猪后肠缺乏足够的纤维素分解微生物;(3)纤维素酶解所需的β-葡聚糖酶活性较低,并且在后肠停留的时间短。
      纤维素结晶区域的氢键需要通过化学处理才可以打开(Fahey等人,1993年),目前没有酶能够打开这些氢键。因此,纤维素的利用在很大程度上仅 限于其无定型部分。如果将这部分无定形纤维素充分降解,一方面可以贡献额外的葡萄糖,另一方面,促进与之结合的其他营养物质的充分利用。其中,纤维素酶是降解这一结构的关键酶之一。
      3希杰尤特尔纤维素酶CJYOUTELL Cellulase
      纤维素酶与其他饲料酶一样,这些酶要能够抵抗胃部的低pH,并对胃蛋白酶和胰蛋白酶具有抵抗力。此外,由于在小肠中的转运时间短,纤维素酶需要能够在2至4小时内作用,在消化液离开小肠之前释放葡萄糖。
      3.1希杰尤特尔纤维素酶酶学特性:
      (1)自有专利菌种(US6190189B1)深层液体发酵。产品含有水解纤维素所需的三个酶:内切β-1,4葡聚糖酶、外切β-1,4葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。协同高x,酶解c底。
      (2)希杰尤特尔纤维素酶耐温耐酸性
      耐pH范围广泛,在小肠内保持高酶活,具有良好的耐温性能,有效降解纤维素。
      3.2希杰尤特尔纤维素酶应用效果
      3.2.1 对纤维结构的破坏
      电镜观察纤维形态(6000PFI),a为不添加纤维素酶,b为添加纤维素酶。纤维素结构被破坏后,释放出一些亲水性物质,形成亲水凝胶层。(Peng等, 2018)
      3.2.2 对高纤维秸秆的水解 
      秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素,使用纤维素酶和木聚糖酶水解秸秆,观察对纤维素的降解效果(慈元钊等,2019)
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