Что такое нарингиназа? Введение нарингиназы и обзор применения
Ранее мы уже упоминали о превращении рутина и изокверцитрина. Среди различных методов преобразования, метод преобразования с наилучшим выходом и чистотой — это использование ферментных катализируемых методов, таких как α-L-рамнозидаза микроорганизмов и гесперидиназа. При этом α-L-рамнозидаза обычно сочетается с β-D-глюкозидазой, образуя нарингиназу, играющую роль катализатора, и в ранних исследованиях ученые приравнивали понятие «α-L-рамнозидаза» к «нарингиназе». Итак, давайте сначала познакомимся с основными знаниями о нарингиназе.
Нарингиназа способна гидролизовать горькие вещества, такие как нарингин и гесперидин, содержащиеся в цитрусовых, поэтому она используется для обезжиривания цитрусовых соков, за что и получила свое название. Основным горьким компонентом в цитрусовых является нарингин, который может быть разложен нарингиназой в два этапа: на первом этапе α-L-рамнозидаза гидролизует нарингин на рамнозу и пурунин; на втором этапе β-D-глюкозидаза далее гидролизует пурунин на нарингенин и глюкозу без горького вкуса. Механизм гидролиза показан на рисунке 1. Среди них пурунин содержит только одну треть горечи.
Рисунок 1 Механизм гидролиза нарингина нарингиназой
Еще в 1938 и 1958 годах Холл и Тинг получили нарингиназу из семян сельдерея и листьев грейпфрута соответственно. После этого исследователи получали нарингиназу из других животных и растений. Помимо животных и растений, нарингиназа более широко представлена в микроорганизмах. Нарингиназа, используемая в настоящее время в научных исследованиях и промышленном производстве, также в основном получена из микроорганизмов. Среди них основным источником нарингиназы являются природные грибы, такие как Aspergillus niger, Aspergillus oryzae и Penicillium. Небольшое количество нарингиназы получают из дрожжей. А некоторые другие нарингиназы получены из бактерий, ферментативные свойства и область применения которых сильно отличаются от грибковых. В таблице 1 представлены нарингиназы и их свойства из различных источников, изученные некоторыми учеными.
Таблица 1 Нарингиназа из различных источников и ее свойства
| Sources | Strains | Substrate | Optimum temperature /°C | OptimumpH | Molecular weight /kDa |
| plant | Celery seeds | Naringin | — | — | — |
| Grapefruit leaves | Naringin | 50 | 4.0 | — | |
| Fagopyrum esculentum | p-NPR、Rutin | — | — | 70 | |
| animal | Turbo cornutus | Naringin、p-NPR、Rutin | — | 2.8, 4.5~5.0 | — |
| Pig liver | diosgenin | 42 | 7.0 | 47 | |
| bacteria | Sphingomonas sp. R1 | Naringin | 50 | 8.0 | 110 |
| Thermomicrobium sp. | p-NPR | 70 | 7.9, 5.0~6.9 | 104, 107 | |
| Pediococcus acidilactici | p-NPR、Rutin、hesperidin | 50，70 | 5.5, 4.5 | 74, 241 | |
| Brevundimonas sp. | Naringin | 20~37 | 6.0~7.0 | — | |
| Bifidobacterium dentium | p-NPR、Naringin、Rutin、Poncirin、ginsenoside | 35 | 6.0 | 100 | |
| fungus | Aspergillus niger | Naringin、Rutin、hesperidin | 40~60 | 4.0~5.0 | 65 |
| A. kawachii | Naringin、p-NPR、hesperidin | 50 | 4.0 | 90 | |
| A. oryzae | Naringin、p-NPR、hesperidin、neohesperidin | 45 | 5.0 | 23 | |
| Penicillium decumbens | Naringin、p-NPR、Rutin | — | 7.0 | 120 | |
| P. corylopholum | Naringin、Rutin | 57 | 6.5 | 67 | |
| yeast | Pichia angusta | Naringin、Rutin、hesperidin、quercitrin | 40 | 6.0 | 90 |
| Cryptococcus laurentii | Naringin | — | — | — | |
| Williopsis californica | Naringin | — | — | — |
Сравнивая свойства нарингиназы, полученной из бактерий и грибов, приведенные в таблице 1, можно заметить, что хотя молекулярная масса нарингиназы, полученной из грибов, ниже, чем у бактерий, она более пригодна для реакции в кислых условиях, поэтому подходит для дебетования цитрусового сока; а для нарингиназы, полученной из бактерий, оптимальная среда pH для гликозидазы является умеренной или слабощелочной, она имеет более широкую температуру реакции и хорошую температурную стабильность.
Благодаря постоянному углублению исследований и открытию нарингиназы с различными свойствами, фермент широко используется в медицине, пищевой промышленности и косметике. Первоначально фермент использовался для дебеттеризации цитрусовых соков. Нарингин — основное горькое вещество в цитрусовых соках. Его порог горечи в воде и соке составляет около 20 ppm, а в некоторых цитрусовых соках порог может достигать 50 ppm. Это говорит о том, что когда его содержание достигает 1,5 промилле, он вызывает чувство горечи. Поэтому при переработке соков цитрусовых и других фруктов дебетование является обязательным процессом. Нарингиназа — это высокоэффективный фермент, который может гидролизовать нарингин и другие горькие вещества, и нарингиназа хорошо справляется с задачей обезжиривания. Хуан Гаолин и др. использовали нарингиназу для дебетования сока помело Guanxi honey и гидролизовали его при температуре 60 ℃ и pH 3,6 в течение 100 минут. Степень дебетования сока достигает более 97%. Чен Хонг и др. использовали Aspergillus aculeatus JMUdb058 для получения нарингиназы методом твердофазной ферментации и использовали ее для дебетования фруктовых соков. Степень дебетования достигала 99,6 %, и был получен очень хороший эффект дебетования.
В то же время, поскольку нарингиназа содержит α-L-рамнозидазу, она может быть использована для специфического производства рамнозы и пурунина. Рамноза — это разновидность метилпентозы. Она может быть использована в качестве промежуточного продукта для синтеза кардиотонического средства и специи фуранеол. Из нее можно синтезировать ароматизаторы и в то же время использовать в качестве подсластителя. Он также может быть использован в качестве агента для тестирования на проникновение в кишечник. Он обладает очевидным противораковым эффектом. Вэй Шенхуа и др. использовали нарингиназу и дрожжевые клетки в качестве катализаторов для преобразования нарингина двухэтапным биологическим методом, чтобы получить кристаллы рамнозы с массовой долей более 98,5%. Пурунин, как один из видов флавоноидов, обладает уникальными функциями в области иммунной, противораковой, антивирусной и антиоксидантной активности. Поэтому в пищевой и медицинской промышленности пурунин имеет важное прикладное значение. Ху Цюньфан и другие использовали твердофазную ферментацию для получения α-L-рамнозидазы и провели биотрансформацию нарингина в подходящих условиях, при этом содержание прунина в продукте составило более 95 %.
Также используя реакционную активность нарингиназы, нарингиназу можно дополнительно использовать для улучшения вкуса вина. В процессе варки спирта различные микроорганизмы производят некоторые свободные летучие вещества и нелетучие предшественники. α-L-рамнозидаза сначала разлагает эти нелетучие предшественники, чтобы получить монотерпеноид β-D-глюкозид, затем β-D-глюкозидаза продолжает разложение, чтобы высвободить монотерпеноиды, которые оказывают значительное влияние на усиление аромата вина. Манзанарес и др. использовали ген рамнозидазы rha A, кодируемый Aspergillus aculeatus, для клонирования и экспрессии в дрожжах, и использовали вместе с β-D-глюкозидазой, производимой другими штаммами, для ферментации вина, что привело к значительному увеличению ароматических веществ в вине. Конкретные данные приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 Применение нарингиназы в ферментации вина
Кроме того, нарингиназа может быть использована для производства антибиотиков и превращения флавоноидов. Например, хлорополиспорин — это дегликозилированный гликопептидный антибиотик, обладающий сильной ингибирующей реакцией в отношении грамположительных бактерий. Санкио и др. обнаружили, что активность рамнозидазы в нарингиназе может быть использована для синтеза антибиотика, и выяснили, что совместное использование антибиотиков хлорополиспорина С и лактамных антибиотиков может эффективно усилить его антибактериальное действие на стафилококки. Биквильдер и др. получили рамнозидазу из молочнокислой бактерии Lactobacillus plantarum и использовали фермент при ферментации томатной мякоти. Они обнаружили, что фермент может удалять рамнозу из мякоти томатов и усиливать реакцию биотрансформации флавоноидов. Таким образом, молочнокислые бактерии могут увеличить скорость биотрансформации флавоноидов в пищеварительной системе человека. Ху Фулян и др. обнаружили, что флавоновые гликозиды прополиса могут быть разложены нарингиназой с образованием агликонов, что усиливает его антиоксидантную активность.
Таким образом, нарингиназа имеет очень широкие перспективы применения. Чтобы повысить многоразовость и стабильность нарингиназы и снизить затраты на промышленное производство, нарингиназу перед реакцией обычно фиксируют на носителе. В следующей статье мы расскажем о методе фиксации фермента для ознакомления.
Свяжитесь с нами сейчас!
Мы принимаем индивидуальные услуги, обычно мы свяжемся с вами в течение 24 часов. Вы также можете написать мне по электронной почте info@longchangchemical.com в рабочее время (с 8:30 до 18:00 UTC+8 пн.-сб.) или воспользоваться чатом на сайте, чтобы получить быстрый ответ.
Эта статья была написана отделом исследований и разработок Longchang Chemical. При копировании и перепечатке, пожалуйста, указывайте источник.