Veda a výskum

Rastlinné polysacharidy ako zdroj prebiotík

RNDr. Peter Biely, DrSc.

Chemický ústav SAV, Centrum glykomiky

V čase ropnej krízy a normalizácie v sedemdesiatych rokoch minulého storočia dostal náš odstupujúci riaditeľ Dr. Ing. Štefan Bauer, DrSc. (1922-1997) a jeho tím za úlohu zahájiť výskum biokonverzie rastlinnej hmoty. Jej hlavnými stavebnými zložkami sú polysacharidy celulóza a hemicelulóza. Najrozšírenejšou hemicelulózou je xylan, ktorý sa podobá na celulózu, ale namiesto glukózy sú jeho reťazce vybudované z cukru, ktorý je o jeden uhlík kratší a volá sa xylóza.
Študujeme ekologicky priateľný proces mikrobiálnej degradácie oboch polysacharidov na monoméry, ktoré sa dajú konvertovať na celý rad rôznych chemikálií vrátane chemických palív. Objavili sme a charakterizovali viacero nových enzýmov, ktoré sa podieľajú predovšetkým na rozklade xylanu. Hlavných odberateľom našich výsledkov je dánska firma Novozymes A/S, jeden z hlavných svetových výrobcov priemyselných enzýmov.
Tu sa zmienim o aspekte nášho výskumu, ktorý má vzťah k nášmu zdraviu. Redukovaná forma xylózy, tzv. xylitol, sa využíva ako nekaloricke sladidlo. Väčšie fragmenty xylanu, xylooligosacharidy, zložené z dvoch a viacerých jednotiek xylózy, ktoré vznikajú účinkom xylanolytických enzýmov, sa využívajú ako funkčné aditíva do potravín, ako prebiotiká (viď Obr.). Tento termín si často mýlime s probiotikami, čo sú mliečne baktérie a bifidobaktérie, ktoré majú priaznivé účinky na trávenie. Termínom prebiotiká sa označujú nie mikroorganizmy, ale látky, ktoré selektívne podporujú množenie mikroflóry priaznivej pre náš organizmus.
Záujem o produkciu xylooligosacharidov v súčasnej dobe pokračuje v súvise s novou vlnou celosvetového záujmu o komplexné využitie rastlinnej hmoty, ktorá sa nevyužíva pre potravinárske účely. Naše objavy nových enzýmov sú významné nielen pre zvyšovanie efektívnosti enzýmových preparátov na sacharifikáciu rastlinných polysacharidov, ale aj pre prípravu nových druhov prebiotík. Prispievame aj charakterizáciou xylanu z doteraz nevyužívaných vedľajších produktov poľno hospodárskej výroby.

Image1

Príklad enzýmovej hydrolýzy drevného glukuronoxylanu (v rámiku) na xylózu a xylooligosacharidy využiteľné ako prebiotiká (označené elipsamy). Hlavný reťazec polysacharidu je vybudovaný z xylózy a na ňom visia jednotky kyslého cukru, tzv. urónovej kyseliny (červený vzorec). Neoznačený koncový monomérny produkt je xylóza. Skratka GH s číslom pri názve enzýmu znamená rodinu glykozidhydrolázy, do ktorej enzým patrí. Niekoľko rodín xylanolytických enzýmov sme v Bratislave objavili a u viacerých prvýkrát popísali spôsob účinku.

Biely P., Singh S., Puchart V. (2016): Towards efficient enzymatic breakdown of plant xylans: state of the art. Biotechnol. Adv. 34, 1260–1274.

Arai T., Biely P., Uhliariková I., et al. (2019): Structural characterization of hemicellulose released from corn cob in continuous flow type hydrothermal reactor. J. Biosc. Bioengin. 127, 222-230.

Amorim C., Silverio S.C., Prather K.L.J. et al. (2019): From lignocellulosic residues to market: Production and commercial potential of xylooligosaccharides. Biotechnol. Adv. 37, Art. No: 107397.