Сравнительная оценка термостабильности свободной и иммобилизованной инулиназы на сверхсшитых полимерах
Аннотация
В настоящей работе показана возможность применения гетерогенного биокатализатора в реакциях каталитического превращения инулинсодержащего сырья. Связывание ферментов с носителями различной природы обуславливает потенциальные возможности для использования иммобилизованных ферментов в качестве специфических, регенерируемых, устойчивых к денатурирующим факторам среды биокатализаторов. В данной работе в качестве носителей для адсорбционной иммобилизации инулиназы использовались стиролдивинилбензольные сверхсшитые макропористые сорбенты: катионообменники на основе стирола и дивинилбензола – C100H (сильнокислотный), C104 (слабокислотный) и анионообменники – А100 (низкоосновный), А500R (высокоосновный).
Установлено, что количество фермента, связанного с носителями, а также активность иммобилизованной инулиназы зависят от концентрации ионов водорода. Показано, что величина сорбционного параметра достигает максимального значения при рН 4.7-5.0. Наибольшее количество сорбированного белка отмечено для катионообменников C100H (0.95 ммоль/г) и C104 (0.88 ммоль/г). Активность полученных гетерогенных биокатализаторов при данном значении кислотности среды составляет 64.8-83.5% от активности свободной инулиназы.
Проведено исследование влияния температуры (в диапазоне 40-70оС) на инактивацию свободной и связанной инулиназы при оптимальном значении рН среды. Рассчитаны кинетические параметры процесса инактивации. Выявлено, что в рассматриваемом температурном интервале константы инактивации и энергия активации иммобилизованной инулиназы ниже по сравнению с нативным энзимом. Наблюдаемые закономерности позволяют рекомендовать гетерогенный биокатализатор для дальнейшего изучения и практического использования.
Скачивания
Литература
Hafiz M.B., Iqbal M.N., State-of-the-art strategies and applied perspectives of enzyme biocatalysis in food sector - current status and future trends, Crit Rev Food SciNutr, 2020; 60(12): 2052-2066. https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1627284
Baranova, A.G., Zajko G.M., Raz-rabotka tehnologii instantnyh produktov dlja pitanija diabetikov, News of universi-ties. Food technology, 2014; 2-3: 29-31. (In Russ.)
Rochf J.R., Catana R., Ferreira B.S., Cabral J.M.S., Fernandes P., Design and characterization of an enzyme system for inulin hydrolysis, Food Chemistry, 2006; 95: 77-82. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.12.020
Xu Y., Zheng Z., Xu Q., Yong Q., Ouyang J., Efficient conversion of inulin to inulooligosaccharides through en-doinulinase from Aspergillus niger, J. Agric. Food Chem., 2016; 64(12): 2612-2618. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b05908
Chi Z.-M., Zhang T., Cao T.-Sh., Liu X.-Y., Cui W., Zhao Ch.-H., Biotechnolog-ical potential of inulin for bioprocesses, Bioresour. Technol., 2011; 102(6): 4295-4303. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.12.086.
Singh R.S., Singh R.P., Production of fructooligosaccharides from inulin by en-doinulinases and their prebiotic poten-tial,Food Technol. Biotechnol, 2010; 48(4): 435-450. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132253
Singh R.S., Chauhan K., Production, purification, characterization and applica-tions of fungal inulinases, Curr. Biotech-nol., 2018; 7(3): 242-260. https://doi.org/10.2174/2211550105666160512142330.
Ali S., Shahzadi H., Nutritional opti-mizations for improved exo-inulinase pro-duction from Aspergillus oryzae for high fructose syrup preparations,Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci.,2015; 4(5): 618-631.
Ricca E., Calabrò V., Curcio S., Iorio G., The state of the art in the production of fructose from inulin enzymatic hydrolysis. Crit. Rev. Biotechnol., 2007; 27(3): 129-145. https://doi.org/10.1080/07388550701503477
Santa G.L., Bernardino S.M., Magalhães S., Mendes V., Marques M.P., Fonseca L.P., Fernandes P., From inulin to fructose syrups using sol-gel immobilized inulinase, Appl.Biochem.Biotechnol., 2011; 165: 2-12. https://doi.org/10.1007/s12010-011-9228-9
Ricca E., Calabrò V., Curcio S., Bas-so A., Gardossi L., Iorio G., Fructose pro-duction by inulinase covalently immobi-lized on sepabeads in batch and fluidized bed bioreactor, Int. J. Mol. Sci., 2010; 11(3): 1180-1189. https://doi.org/10.3390/ijms11031180
Beran M., Pinkrová J., Urban M., Drahorád J., Immobilisation of en-doinulinase on polyhydroxybutyratemicro-fibres, Czech. J. Food Sci., 2016; 34(6); 541-546. https://doi.org/10.17221/72/2016-cjfs
Holyavka M.G., Koroleva V.A., Makin S.M., Olshannikova S.S., Kon-dratyev M.S., Samchenko A.A., Kabanov A.V., Kayumov A.R, Artyukhov V.G., Mechanisms of the adsorption immobiliza-tion of inulinase on ion-exchangers AV-17-2P and KU-2 matrices, Bulletin of Voro-nezh State University. Series «Chemistry. Biology. Pharmacy», 2017; 3: 86-90. (In Russ.)
JulianoMissau J., Scheid A.J., Fo-letto E.L., Jahn S., Marcio A, Mazutti M., Kuhn R., Immobilization of commercial inulinase on alginate-chitosan beads, Sus-tainable Chemical Processes. 2014; 2(1): 13-27. https://doi.org/10.1186/2043-7129-2-13
Karimi M., Habibi-Rezaei M., Re-zaei K., Moosavi-Movahedi A., Kokin J., Immobilization of inulinase from Aspergil-lus niger on octadecyl substituted nanopo-rous silica; Inulin hydrolysis in a continu-ous mode operation, Biocatalysis and Agri-cultural Biotechnology, 2016; 7: 174-180. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2016.06.001
Altunbaş C., Uygun M., Uygun D.A., Akgöl S., Denizli A., Immobilization of inulinase on concanavalin A-attached super macroporouscryogel for production of high-fructose syrup, Appl. Biochem. Bio-technol., 2013; 170(8): 1909-1921. https://doi.org/10.1007/s12010-013-0322-z
Silva F.R., Santana C.C., Adsorp-tion of inulinases in ion-exchange columns, Appl. Biochem. Biotechnol., 2000; 84: 1063-1078.https://doi.org/10.1385/abab:84-86:1-9:1063
de Oliveira G., Kuhn G., Rosa C.D., Silva M.F., Treichel H., de Oliveira D., Oliveira J.V., Synthesis of fructooligosac-charides from Aspergillus niger commer-cial inulinase immobilized in montmorillo-nite pretreated in pressurized propane and LPG, Appl.Biochem.Biotechnol., 2013; 169(3): 750-760. https://doi.org/10.1007/s12010-012-0007-z
Yewale T., Singhal R.S., Vaidya A.A., Immobilization of inulinase from Aspergillus niger NCIM 945 on chitosan and its application in continuous inulin hy-drolysis, Biocatal. Agric. Biotechnol, 2013; 2: 96-101. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2013.01.001
Mateo C., Palomo J.M., Fernandez-Lorente G., Guisan J., Fernandez-Lafuente R., Improvement of enzyme activity, sta-bility and selectivity via immobilization techniques, Enzyme Microb. Technol., 2007; 40(6): 1451-1463. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2007.01.018
Liese A., Hilterhaus L., Evaluation of immobilized enzymes for industrial ap-plications, Chemical Society Reviews, 2013; 42(15): 6236-6249. https://doi.org/10.1039/c3cs35511j
Cjurupa M.P., Blinnikova Z.K., Pav-lova L.A., Pastuhov A.V., Davankov V.A., Sverhsshitomu polistirolu polveka: ot netrivial'noj idei do promyshlennoj, Labor-atory and production, 2020; 11(1): 86-96. (In Russ.) https://doi.org/10.32757/2619-0923.2020.1.11.86.96
Selemenev V.F., Slavinskaja G.V., Hohlov V.Ju., Ivanov V.A., Gorshkov V.I., Timofeevskaja V.D. Praktikum po ionno-mu obmenu. Voronezh, Voronezh Univer-sity Publishing House, 2004, 160 p. (In Russ.)
Nakamura T., Nakatsu S., General properties of extracellarinulase from Peni-cillum, J. Agr. Chem. Loc. Jap., 1997; 1(12): 681-689.
Holjavka M.G., Dubovickaja A.N., Sakibaev F.A., Shkutina I.V., Mironenko N.V., Selemenev V.F., Artjuhov V.G., Za-konomernosti adsorbcionnoj immobilizacii inulinaz na voloknistyh polijelektrolitah AK-22, AK-22-1, K-1, K-4, K-5, Sorbtsionnye i khromatograficheskiyec protsessy, 2020; 20(4): 523-538. (In Russ.) https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/2957
Shkutina I.V., Mironenko N.V., Sel-emenev V.F., Application of super-crosslinked polymers as carriers of hetero-geneous biocatalysts for inulin hydrolysis reaction, ChemChemTech., 2022; 65(8): 48-54. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226508.6559
Selemenev V.F., Shkutina I.V., Mironenko N.V., Belanova N.A., Sinjaeva L.A., Belanova A.A., Kolomiec L.N., Ob osobennostjah stroenija aktivnogo centra i chetvertichnoj struktury inulinazy, Sorbtsionnye i khromatograficheskiyec protsessy, 2023; 23(5): 741-752. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11692 (InRuss.)
Varfolomeev S.D Himicheskaja jen-zimologija. Moscow, Academy Publ., 2005, 480 p. (In Russ.)
Bajramov V.M Osnovy himicheskoj kinetiki i kataliza. Moscow, Academy Publ., 2003. 256 p. (In Russ.)
Catana R., Eloy M., Rocha J.R., Ferreira B.S., Cabral J.M.S., Fernandes P., Stability evaluation of an immobilized en-zyme system for inulin hydrolysis, Food Chem., 2007; 101: 260-266. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2006.01.042
Garuba E., Onilude A., Immobiliza-tion of thermostable exo-inulinase from mutant thermophilic Aspergillus tamarii-U4 using kaolin clay and its application in inulin hydrolysis, J Genet Eng Biotechnol., 2018; 16(2): 341-346.https://doi.org/10.1016/j.jgeb.2018.03.009
