红藻生物质一步酶解法制备混合连接木寡糖(XOS)的创新工艺及其功能特性研究

研究人员针对传统木寡糖(XOS)生产过程中资源消耗大、步骤繁琐的问题，开发了一种利用红藻(Palmaria palmata)生物质直接酶解制备混合连接(β-1,3/β-1,4)木寡糖(XOS)的单步工艺。通过特异性内切木聚糖酶FO15_GH10与木糖苷酶FO17_GH43的协同作用，实现了22.6%的高效转化率，并通过NMR和MS/MS精确解析了产物结构。该研究为海洋生物质的高值化利用提供了新策略，相关成果发表于《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》。

　　

海洋生物质的高效转化一直是生物技术领域的重大挑战。传统陆地植物来源的木聚糖因与木质素紧密结合，提取过程需要消耗大量能源和化学试剂。而红藻Palmaria palmata细胞壁中的混合连接木聚糖(β-1,3/β-1,4-xylan)由于氢键结合松散，更易被酶解，且其特有的β-1,3连接可能赋予木寡糖(XOS)独特的生物活性。然而现有技术需要先提取多糖再酶解的两步法，导致效率低下。

德国格赖夫斯瓦尔德大学(University of Greifswald)的Michelle Teune团队在《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》发表研究，开发了直接从红藻生物质生产XOS的单步酶解法。研究人员采用来自Formosa sp. Hel3_A1_48的内切木聚糖酶FO15_GH10(GH10家族)和木糖苷酶FO17_GH43(GH43家族)，通过核磁共振(NMR)和质谱(MS/MS)解析产物结构，建立了定量分析方法。

关键技术包括：(1)直接酶解红藻生物质免去提取步骤；(2)使用荧光辅助电泳(FACE)和薄层色谱(TLC)监测反应进程；(3)尺寸排阻色谱(SEC)分离产物；(4)3,5-二硝基水杨酸(DNS)法测定还原糖含量；(5)单糖组成分析。

主要研究结果

FO15_GH10酶解产物的结构解析

通过NMR和MS/MS证实产物主要为DP2-4的混合连接XOS，包含β-1,4-木三糖和含β-1,3键的异构体。X4组分中首次发现两个β-1,3连接位点（第二和第三糖苷键），同时检测到红藻特征代谢物floridoside（图1）。

生物质直接酶解工艺优化

比较提取物与直接酶解生物质的FACE图谱显示相同产物谱（图2），证实省略提取步骤的可行性。接触酶解比先溶解后酶解的效率提高3倍（图3），表明酶对细胞壁的直接作用促进多糖释放。

双酶系统构建

加入FO17_GH43后，β-1,4-木二糖被特异性降解，使最终产物仅含β-1,3/混合连接XOS（DP2-4），同时木糖产量提升28%（图4）。大规模实验（1g生物质）获得22.6%的XOS产率，显著高于文献报道的9.19%。

该研究开创性地实现了海洋生物质到高附加值XOS的直接转化，其单步工艺较传统方法节省30%以上的操作时间。获得的混合连接XOS因其特殊结构，在益生元、免疫调节和抗氧化等领域具有独特应用潜力。研究者特别指出，β-1,3连接可能增强XOS的生物活性，这为后续功能研究提供了分子基础。该技术路线可扩展至其他海洋多糖资源的高效开发，推动蓝色生物经济的发展。