生物芯片點(diǎn)樣儀助力植物濃縮蛋白提取過程中多糖組分的分析

隨著全球人口的不斷增加，如何利用有限的土地資源并尋找可替代的食物來源，成為各國農(nóng)業(yè)發(fā)展的共同方向。例如減少動物源性蛋白的飼養(yǎng)攝入和相關(guān)食品的生產(chǎn)，同時加工如植物、昆蟲、微生物等相關(guān)原材料的蛋白食品來提供營養(yǎng)物質(zhì)。然而大規(guī)模的非動物源性蛋白生產(chǎn)和加工的諸多方面仍需要改進(jìn)。大眾熟知的大豆，因其良好的加工特性和豐富的營養(yǎng)價值，是目前動物飼料和食品中蛋白的主要來源。考慮到大豆種植的地理限制以及土壤貧瘠化問題，利用綠色植物生產(chǎn)濃縮蛋白已成為替代大豆等傳統(tǒng)作物生產(chǎn)蛋白的重要選擇。其中豆科植物苜蓿和三葉草，不僅可以在貧瘠的土地上種植、用于畜牧業(yè)飼料生產(chǎn)，還可以通過大氣固氮來改善土壤質(zhì)量，同時富含高質(zhì)量蛋白質(zhì)，其蛋白質(zhì)濃縮物顯示出與大豆、豌豆等豆科植物同等的易消化特性。由于從含有纖維素和蛋白多糖的細(xì)胞中有效分離出蛋白質(zhì)是一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，并且現(xiàn)有的提取工藝還不夠成熟，因此，本文通過分析蛋白質(zhì)提取過程中的不同餾分給優(yōu)化工藝生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

文章題目為“Tracking digestible and non-digestible cell wall components during protein concentrate production from grass-clover and alfalfa”，于2023年11月發(fā)表在Biomass Conversion and Biorefnery雜志，作者來自于哥本哈根大學(xué)植物與環(huán)境科學(xué)系植物糖生物學(xué)研究室。在這項(xiàng)研究中，作者系統(tǒng)地研究了從苜蓿（alfalfa）和三葉草（grass clover）提取蛋白濃縮物過程中產(chǎn)生的餾分，結(jié)合原位液相分析、顯微成像以及微陣列聚合物分析技術(shù)，來評估細(xì)胞壁多糖、纖維素以及淀粉的含量和組成。

植物細(xì)胞壁是由多糖、多酚、糖蛋白和聚酯組成的高度復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故采用CDTA（1,2-環(huán)己二胺四乙酸）和NaOH（氫氧化鈉）依次從不同餾分（BJ, brown juice;FF, fiber filtrate; FM, fresh matter; GJ, green juice; LPC; protein concentrate; PC, press cake）中提取碳水化合物，前者主要提取果膠和松散結(jié)合的蛋白多糖，后者主要針對纖維素。此外，直接對干燥物質(zhì)進(jìn)行水萃取，以評估水溶性化合物的存在。提取物使用英國ArrayJet生物芯片點(diǎn)樣儀點(diǎn)印在硝化纖維素膜上，每個組份點(diǎn)印四個濃度，兩個重復(fù)，然后孵育特異性的抗聚糖單抗進(jìn)行雜交。微陣列聚合物分析(CoMPP)的糖譜數(shù)據(jù)表現(xiàn)出不同餾分之間存在明顯差異，幾乎在所有的苜蓿餾分中都大量檢測到伸展蛋白（extensins）和阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs)，而在三葉草中只檢測到AGPs；在水萃取物中檢測到高半乳糖甘氨酸(HG)和鼠李糖半乳糖甘氨酸(RG-I)；此外，在所有三葉草餾分中都檢測到被LM27抗體識別的雜氧聚糖；CDTA萃取物顯示出顯著的HG(JIM5, JIM7)和RG-I (LM5, LM6, LM13, INRA-RU1)高表達(dá)；纖維素在三葉草的FM和PC餾分中非常豐富，但在GJ中較少。具體見圖1.

圖1：微陣列聚合物分析(CoMPP)：從苜蓿（alfalfa）和三葉草（grass clover）的不同餾分（BJ;FF; FM, GJ, LPC,PC）中提取的多糖和糖基化蛋白.a:從苜蓿和三葉草中提取的可溶性組份；b.c:CDTA和NaOH依次萃取的糖和糖蛋白組份；熱圖顯示平均信號強(qiáng)度（顏色強(qiáng)度與信號強(qiáng)度正相關(guān)，白色表示低強(qiáng)度、紅色高強(qiáng)度）.抗體的名稱和它們所識別的表位沿x軸顯示。
 

本研究采用多種分析技術(shù)對苜蓿和三葉草在生產(chǎn)濃縮蛋白過程中多糖組分的研究，并結(jié)合微陣列聚合物分析(CoMPP)提供了有關(guān)測試原料中多糖組分的詳細(xì)信息。雖然三葉草和苜蓿具有很強(qiáng)的組成相似性(果膠含量)，但它們?nèi)跃哂歇?dú)特的多糖表位(葡萄糖醛酸和阿拉伯糖木聚糖)以及不同的多糖組成和含量差異。蛋白質(zhì)濃縮物中不可發(fā)酵的纖維素和蛋白聚糖的存在，可能對最終產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和功能特性產(chǎn)生一定的影響。芯片檢測和單糖組分分析是一種有效的評價方法，可以確定靶向酶解的多糖靶點(diǎn)，建議利用替代的酶源和微生物菌株來提高綠色植物蛋白質(zhì)的提取效率。

Arrayjet位于英國愛丁堡，專注于提供生物芯片應(yīng)用領(lǐng)域的解決方案及服務(wù)。自2000年公司成立即致力于開發(fā)新型生物樣品噴點(diǎn)方案–噴墨式液體處理平臺，該系統(tǒng)于2006年上市，目前用戶遍布全球27個國家。

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