Immobilizzazione di α

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12708 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, la produzione di isomaltooligosaccaride dall'amido di buccia di patate è stata effettuata in tre fasi: liquefazione, saccarificazione e transglucosilazione. Inoltre, clonando il gene dell'α-transglucosidasi dell'Aspergillus niger (famiglia GH31), trasformandolo in E. coli BL21 (DE3), sovraesprimendo e purificando la proteina risultante per la produzione di α-transglucosidasi. L’α-transglucosidasi generata è stata quindi legata con nanoparticelle magnetiche, che hanno migliorato la riutilizzabilità fino a 5 cicli con oltre il 60% di attività. Tutte le modifiche sono state caratterizzate utilizzando i seguenti metodi: analisi a infrarossi in trasformata di Fourier, microscopia elettronica a trasmissione, microscopia elettronica a scansione a emissione di campo, spettroscopia a raggi X a dispersione di energia, spettroscopia di diffrazione di raggi X, analisi termogravimetrica e diffusione dinamica della luce (DLS) analisi. Inoltre, le condizioni ottimali per la transglucosilazione sono state determinate mediante RSM come segue: rapporto enzima-substrato 6,9 U g−1, tempo di reazione 9 h, temperatura 45 °C e pH 5,5 con una resa di 70 gl−1 (± 2,1 ). L'analisi MALDI-TOF-MS ha mostrato DP degli IMO in intervalli di 2-10. La caratterizzazione strutturale dettagliata dell'isomaltooligosaccaride mediante GC–MS e NMR ha suggerito i residui α-(1 → 4) e α-(1 → 6)-D-Glcp come costituenti principali insieme ai residui α-(1 → 2) e α- minori. (1 → 3) Residui -D-Glcp.

Gli isomaltooligosaccaridi (IMO) sono oligosaccaridi non digeribili ma fermentabili che aumentano la crescita di alcuni batteri benefici per la salute, in particolare bifidobatteri e lattobacilli, che influenzano il metabolismo intestinale e hanno un impatto sull'ecologia microbica gastrointestinale1,2,3,4,5,6. Gli IMO sono oligosaccaridi prebiotici composti da unità di glucosio legate principalmente da legami glicosidici α-(1 → 6) e α-(1 → 4) con una proporzione inferiore di α-(1 → 3) (nigerose) e α-(1 → 2 ) (kojibiosio) legame glicosidico7,8,9. Tipicamente, gli IMO hanno diversi gradi di polimerizzazione (DP) che includono isomaltosio (DP2), isomaltotriosio (DP3), isopanosio, panose (DP3), isomaltotetrosio (DP4) e isomaltopentoso (DP5)10,11. Gli IMO non vengono digeriti dagli enzimi umani ma fermentati dalla flora intestinale che esercita il suo effetto prebiotico5,12,13. Oltre all'effetto prebiotico, gli IMO hanno un basso indice glicemico e agiscono come dolcificante ipocalorico che fornisce benefici per la salute alle persone diabetiche10,14.

Commercialmente, gli IMO sono prodotti da amido prelevato da varie fonti (patata dolce, patata, tapioca, riso e banana)11,15,16,17,18. Generalmente, il metodo tradizionale utilizzato per la produzione di IMO consisteva in tre fasi: liquefazione, saccarificazione e transglucosilazione6,19. Studi recenti hanno dimostrato la simultanea saccarificazione e transglucosilazione (SST) per la produzione di IMO16,20. Questi studi hanno migliorato l'efficienza della produzione di IMO e ridotto il tempo di reazione. Diversi studi hanno anche riportato la produzione enzimatica di IMO dal saccarosio utilizzando destransucrasi e destranasi21,22,23. Inoltre, è stato riferito che lo sviluppo dell'immobilizzazione dell'α-transglucosidasi basata su nanoparticelle magnetiche (MNP) è il modo migliore per migliorare la riutilizzabilità dell'enzima24,25,26.

In questo studio sono state inizialmente effettuate l'estrazione dell'amido dalla buccia di patate e quindi la liquefazione e la saccarificazione dell'amido liquefatto. Un gene che codifica per l'α-transglucosidasi (MW medio ~ 110 kDa) dell'Aspergillus niger (famiglia GH31) è stato sintetizzato da GenScript (Singapore) e clonato nel vettore pET28a. Data l'importanza degli enzimi per la produzione di IMO, è stato fatto uno sforzo per esprimerli eterologamente in E. coli BL21(DE3). Inoltre, la reazione di transglucosilazione è stata ottimizzata da RSM per massimizzare la resa degli IMO. Successivamente, l'α-transglucosidasi prodotta è stata immobilizzata con MNP e caratterizzata mediante varie tecniche analitiche. Infine, le caratteristiche strutturali della frazione IMO purificata sono state analizzate utilizzando MALDI-TOF-MS, GC-MS e NMR.