ArrayJet生物芯片点样仪助力植物浓缩蛋白提取过程中多糖组分的分析

环亚生物

2023/12/27 13:50

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随着全球人口的不断增加，如何利用有限的土地资源并寻找可替代的食物来源，成为各国农业发展的共同方向。例如减少动物源性蛋白的饲养摄入和相关食品的生产，同时加工如植物、昆虫、微生物等相关原材料的蛋白食品来提供营养物质。然而大规模的非动物源性蛋白的生产和加工在诸多方面仍需要改进。大众熟知的大豆，因其良好的加工特性和丰富的营养价值，是目前动物饲料和食品中蛋白的主要来源。考虑到大豆种植的地理限制以及土壤贫瘠化问题，利用绿色植物生产浓缩蛋白已成为替代大豆等传统作物生产蛋白的重要选择。其中豆科植物苜蓿和三叶草，不仅可以在贫瘠的土地上种植、用于畜牧业饲料生产，还可以通过大气固氮来改善土壤质量，同时富含高质量蛋白质，其蛋白质浓缩物显示出与大豆、豌豆等豆科植物同等的易消化特性。由于从含有纤维素和蛋白多糖的细胞中有效分离出蛋白质是一项重大的技术挑战，并且现有的提取工艺还不够成熟，因此，本文通过分析蛋白质提取过程中的不同馏分给优化工艺生产提供理论依据。

文章题目为“Tracking digestible and non-digestible cell wall components during protein concentrate production from grass-clover and alfalfa”，于2023年11月发表在Biomass Conversion and Biorefnery杂志，作者来自于哥本哈根大学植物与环境科学系植物糖生物学研究室。在这项研究中，作者系统地研究了从苜蓿（alfalfa）和三叶草（grass clover）提取蛋白浓缩物过程中产生的馏分，结合原位液相分析、显微成像以及微阵列聚合物分析技术，来评估细胞壁多糖、纤维素以及淀粉的含量和组成。

植物细胞壁是由多糖、多酚、糖蛋白和聚酯组成的高度复杂结构，故采用CDTA（1,2-环己二胺四乙酸）和NaOH（氢氧化钠）依次从不同馏分（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，前者主要提取果胶和松散结合的蛋白多糖，后者主要针对纤维素。此外，直接对干燥物质进行水萃取，以评估水溶性化合物的存在。提取物使用英国ArrayJet生物芯片点样仪点印在硝化纤维素膜上，每个组份点印四个浓度，两个重复，然后孵育特异性的抗聚糖单抗进行杂交。微阵列聚合物分析(CoMPP)的糖谱数据表现出不同馏分之间存在明显差异，几乎在所有的苜蓿馏分中都大量检测到伸展蛋白（extensins）和阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs)，而在三叶草中只检测到AGPs；在水萃取物中检测到高半乳糖甘氨酸(HG)和鼠李糖半乳糖甘氨酸(RG-I)；此外，在所有三叶草馏分中都检测到被LM27抗体识别的杂氧聚糖；CDTA萃取物显示出显著的HG(JIM5, JIM7)和RG-I (LM5, LM6, LM13, INRA-RU1)高表达；纤维素在三叶草的FM和PC馏分中非常丰富，但在GJ中较少。具体见图1.

图1：微阵列聚合物分析(CoMPP)：从苜蓿（alfalfa）和三叶草（grass clover）的不同馏分（BJ;FF; FM, GJ, LPC,PC）中提取的多糖和糖基化蛋白.a:从苜蓿和三叶草中提取的可溶性组份；b.c:CDTA和NaOH依次萃取的糖和糖蛋白组份；热图显示平均信号强度（颜色强度与信号强度正相关，白色表示低强度、红色高强度）.抗体的名称和它们所识别的表位沿x轴显示。

本研究采用多种分析技术对苜蓿和三叶草在生产浓缩蛋白过程中多糖组分的研究，并结合微阵列聚合物分析(CoMPP)提供了有关测试原料中多糖组分的详细信息。虽然三叶草和苜蓿具有很强的组成相似性(果胶含量)，但它们仍具有独特的多糖表位(葡萄糖醛酸和阿拉伯糖木聚糖)以及不同的多糖组成和含量差异。蛋白质浓缩物中不可发酵的纤维素和蛋白聚糖的存在，可能对最终产品的营养价值和功能特性产生一定的影响。芯片检测和单糖组分分析是一种有效的评价方法，可以确定靶向酶解的多糖靶点，建议利用替代的酶源和微生物菌株来提高绿色植物蛋白质的提取效率。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s13399-023-05125-5

Arrayjet位于英国爱丁堡，专注于提供生物芯片应用领域的解决方案及服务。自2000年公司成立即致力于开发新型生物样品喷点方案–喷墨式液体处理平台，该系统于2006年上市，目前用户遍布全球27个国家。

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