『通讯作者：KathyElst』
Abstract
这项研究的目的是将洋葱皮，一种未被充分利用的农业副产品，转化为果胶低聚糖(POS)，这是一种潜在的对健康具有益处的化合物。为了实现多活性植物水解酶（ViscozymeL）的高水解性，研究了一种基于错流的连续酶膜生物反应器(EMR)的新方法。考察了不同工艺条件(停留时间、酶浓度、底物浓度)对产率的影响。在分子水平上对POS混合物的单糖和寡糖组成进行了评估。在优化条件下，POS产量稳定，体积产率为22.0g/L/h，POS/单糖为4.5g/g。与之前ViscozymeL酶的批量生产结果相比，EMR为最小的POS提供了3-5倍的体积生产率。此外，即使与使用纯内切半乳糖醛酸酶的批量生产相比，它也给出了具有竞争力的结果，证明了其用于高效生产POS的可行性。01
实验结果
洋葱皮一直被认为是废物被丢弃，而这大大浪费了洋葱皮中的果胶等有价值的物质。本研究从洋葱皮中提取了果胶粗品作为底物在一种错流酶膜反应器中进行果胶寡糖（POS）的连续生产。粗果胶提取物大约相当于50g/L的洋葱皮，将底物稀释一倍以测定底物浓度对POS生产的影响。为确定生产的最佳工艺条件，在两种底物浓度下分别考察了停留时间（15min和30min）和酶浓度（表现为酶活性的变化，82.7U/mL、41.4U/mL和20.7U/mL）的影响，进行了6次试验。生产结果的评价以三个指标为标准，分别是POS与单糖的比率、特定聚合度的寡糖的产率、POS的体积生产率。高聚合度的寡糖的性质要优于单糖的生化活性，因此生产条件的优劣以POS的体积生产率为重要依据。
首先是在25g/L的底物浓度下进行的条件优化。结果如图1所示，在41.4U/mL的酶活和15min的停留时间下，POS的体积生产率最高，可达13g/L/h。推测可能是由于较高的酶活和较长的停留时间会产生更多的单糖从而影响POS的体积生产率。进而通过POS/单糖的比率和POS的产率来验证推测。图2和3的结果与推测结果相符，短的停留时间以及低的酶活会降低单糖的产量从而达到高的POS体积生产率。但过低的酶浓度会导致多糖不完全水解，至少需要41.4U/mL的酶活才能保证足够快的将多糖转化为POS，才能获得最高的体积生产率。之后对低聚糖进行量化，用HPAEC-PAD分离不同聚合度的组分，测定并计算各聚合度POS的产率（图4）。该方法主要得到聚合度2-4的POS产品，以及少量较高聚合度的低聚物。
图1.底物浓度为25g/L，停留时间分别为15分钟(A)和30分钟(B)，酶浓度分别为20.7U/mL，41.4U/mL和82.7U/mL时，POS的体积生产率(g/L/h)。图2.在底物浓度为25g/L的情况下，在停留时间为15分钟(A)和30分钟(B)以及酶浓度分别为20.7U/mL、41.4U/mL和82.7U/mL的情况下，计算低聚糖与单糖的比率。图3.底物浓度为25g/L的POS和单糖在下列条件下的产率(%w/w)：在82.7U/mL的酶活和15分钟(A)和30分钟(B)停留时间下；在41.4U/mL的酶活、15分钟(C)和30分钟(D)停留时间下；在20.7U/mL的酶活和15分钟(E)和30分钟(F)停留时间下。图4.在以下条件下，底物浓度为25g/L的不同聚合度的POS产率(%w/w)：82.7U/mL的酶活和15分钟(A)和30分钟(B)的停留时间；41.4U/mL的酶活和15分钟(C)和30分钟(D)的停留时间；20.7U/mL的酶活和15分钟(E)和30分钟(F)的停留时间。之后，以确定好的水解条件（15分钟停留时间，41.4U/mL的酶活）来评价底物浓度对产物分布的影响。再50g/L的底物浓度下测定并计算了各种产物的产率和POS体积生产率等。结果如图5表明，当停留时间为15分钟，酶浓度为41.4U/mL，底物浓度为50g/L时，POS的体积生产率可以达到最大值为22.0g/L/h、POS/单糖比最高（4.5g/g）。产物主要以聚合度2-4的寡聚体为主。
图5.底物浓度为50g/L，酶浓度为41.4U/mL，停留时间为15分钟的结果。（A）POS和单糖的产率(%w/w)；（B）特定聚合度的POS产量(%w/w)和（C）与低底物浓度相比，POS生产的比生产率。此外，将该研究的数据与之前进行的该酶的间歇生产以及纯内切半乳糖醛酸酶的批量生产的数据进行对比，间歇生产工艺中聚合度2-4的POS的体积生产率分别为0.9、0.9和1.6g/L/h，而该研究中聚合度2-4的POS的体积生产率分别为2.9、5.2和3.8g/L/h。此外，连续生产的POS/单糖的比例（2.3）相较于间歇生产（1.3）也大的多。与纯内切半乳糖醛酸酶的批量生产相比，在一些方面也具有一定有时，具体数据见表1。证明该技术用于从洋葱皮批量生产POS的可行性。
表1.将本酶膜反应器连续生产结果与Babbar等人的批量结果进行比较。原文：Continuousproductionofpecticoligosaccharidesfromonionskinswithanenzymemembranereactor
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