微波-酶级联降解啤酒废酵母β-葡聚糖：从分支结构解析到功能性寡糖的绿色制备

本研究创新性地结合柠檬酸介导的微波水解（150°C, 2% CA, 30min）与新型β-1,6-内切葡聚糖酶（Gly30z）的精准切割，成功将啤酒废酵母（BSY）中难溶性β-葡聚糖转化为高值寡糖（DP2-5），其中β-1,3-1,6-三糖的发现为酵母β-葡聚糖分支结构模型提供了直接酶学证据。该双模式策略（微波产率62mg/g laminaribiose；酶法产率21.78mg/g gentiobiose）为酿造副产物资源化提供了新范式。

　　

亮点

• 微波-酶级联策略实现啤酒废酵母β-葡聚糖的全组分回收

• 发现新型β-1,6-内切葡聚糖酶Gly30z（最适pH6.0/40°C）

• 首次通过酶法获得β-1,3-1,6-三糖结构证据

材料与方法

实验采用卡尔世博公司提供的啤酒废酵母（BSY），主要试剂包括Megazyme公司的系列β-1,3-寡糖标准品（laminaribiose至laminaripentaose）以及Yuanye公司的gentiobiose。通过响应面法优化微波参数（4%底物浓度，2%柠檬酸，150°C维持30分钟），并采用HPAEC-PAD分析产物分布。

柠檬酸介导的微波水解

在无酸对照组中，β-葡聚糖降解效率不足15%，而2%柠檬酸添加使寡糖总产率提升至189.5mg/g。微波产生的亚临界水（subcritical water）通过双功能机制发挥作用：① 介电加热促进糖苷键断裂；② 柠檬酸电离的H⁺催化β-1,3主链选择性断裂。产物分析显示DP2-5寡糖占比达82%，其中laminaribiose（62mg/g）为主要产物。

Gly30z酶的特性解析

从GH30家族鉴定的Gly30z（GenBank: WP_136480739.1）具有典型(β/α)₈桶状结构，其狭窄催化沟槽特异性识别β-1,6键。酶解实验显示，该酶在40°C/pH6.0条件下可将分支结构转化为21.78mg/g gentiobiose，并通过MALDI-TOF-MS检测到特征性β-1,3-1,6-三糖（m/z 527.2），直接证实酵母β-葡聚糖的"分支叠分支"（branch-on-branch）拓扑结构。

结论

该研究建立的物理-生物协同降解策略，不仅实现β-葡聚糖的高效解聚（微波产率62mg/g；酶法产率21.78mg/g），其获得的特征性寡糖为开发免疫调节剂（如通过TLR4/NF-κB通路激活巨噬细胞）提供了结构明确的活性分子。