Studie über die Förderung der Cellulase-Hydrolyse von Oleuropein durch natürliche eutektische Lösungsmittel
Olea europaea L. ist eine Pflanze, die zur Familie der Oleaceae und zur Gattung der Oleaceae gehört. Sie ist eine wichtige Ölpflanze in der Mittelmeerregion, und Gansu und Yunnan sind die Hauptanbaugebiete für Oliven in China. Olivenblätter sind ein billiges Nebenprodukt des Olivenbaumanbaus. Jeder Olivenbaum muss jedes Jahr etwa 25 kg Blätter abschneiden, und das Gesamtgewicht der geernteten Blätter macht 10% des Gesamtgewichts der Oliven aus. Olivenblätter enthalten verschiedene bioaktive Verbindungen. Dazu gehören Oleanolsäure, Weißdornsäure, Ursolsäure, Oleuropein, Hydroxytyrosol, usw.
Untersuchungen haben ergeben, dass Oleuropein in allen Teilen des Olivenbaums vorkommt, wobei der höchste Gehalt in den Olivenblättern zu finden ist. In trockenen Olivenblättern kann der Gehalt an Oleuropein 10% bis 17% erreichen. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird Oleuropein hydrolysiert, um Hydroxytyrosol, Glukose und Olensäure zu bilden. Von diesen weist Hydroxytyrosol eine bessere biologische Aktivität auf als Oleuropein. Zu den derzeitigen Hydrolyseverfahren für Oleuropein gehören hauptsächlich die saure Hydrolyse, die alkalische Hydrolyse und die enzymatische Hydrolyse. Die saure Hydrolyse und die alkalische Hydrolyse erfordern starke Säuren, starke Basen und hohe Temperaturen mit strengen Reaktionsbedingungen. In den letzten Jahren hat die Verwendung von Enzymen als Katalysatoren für die Biotransformation von Nebenprodukten an Bedeutung gewonnen. Im Vergleich zu herkömmlichen Säure-Base-Hydrolyseverfahren hat die enzymatische Hydrolyse von Oleuropein den Vorteil, dass die Reaktionsbedingungen mild sind und die Umwelt weniger belastet wird. Liu et al. verwendeten Cellulase als Lebensmittelzusatzstoff, um glykosidische Bindungen zu brechen und Oleuropein zu hydrolysieren, um Hydroxytyrosol zu erhalten. Aufgrund der thermischen Instabilität der Cellulase kann sie bei der optimalen Temperatur des Enzyms nicht kontinuierlich eine hohe Aktivität aufrechterhalten, was zu einer geringen enzymatischen Hydrolyseeffizienz führt. Daher versuchen wir, ein neues grünes Lösungsmittel als Ersatz für die Pufferlösung zu finden, das die Löslichkeit von Oleuropein erhöht und die Stabilität der Cellulase bei Langzeitreaktionen verbessert, wodurch die Effizienz der enzymatischen Hydrolyse von Oleuropein gesteigert wird.
Tiefeutektische Lösungsmittel (DES) sind homogene und transparente Gemische, die durch Rühren von Wasserstoffbrückenbindungsakzeptoren (HBA) und Wasserstoffbrückenbindungsdonatoren (HBD) bei hohen Temperaturen gebildet werden und im Vergleich zu den Einzelkomponenten niedrigere Schmelzpunkte aufweisen. Aufgrund seiner ausgezeichneten physikalischen und chemischen Eigenschaften, einschließlich der geringen Entflammbarkeit, der geringen Flüchtigkeit, der einfachen Zubereitung, der hohen Löslichkeit und der hohen Kompatibilität mit Enzymen, wird DES zunehmend als nichttoxisches Extraktionsmittel und Lösungsvermittler eingesetzt. Der wichtigste Punkt ist, dass Enzyme in organischen Lösungsmitteln zur Deaktivierung neigen, und DES als Lösungsmittel kann dieses Phänomen verhindern. Dadurch kann DES auch organische Lösungsmittel ersetzen und Cellulasen inkubieren. Das DES, das aus natürlichem HBA und HBD besteht, wird NADES genannt und ist sicherer und umweltfreundlicher als herkömmliches DES. NADES hat als grünes Lösungsmittel im Bereich der enzymkatalysierten Reaktionen große Aufmerksamkeit erregt. NADES wurde erfolgreich in spezifischen enzymatischen Reaktionen eingesetzt, die sich sowohl auf die Enzymaktivität als auch auf die Stabilität günstig auswirken. Die oben genannten Forschungsergebnisse zeigen, dass NADES das Potenzial hat, ein gutes Lösungsmittel für die Cellulase-Hydrolyse von Oleuropein zu werden.
In dieser Studie wurden sechs Arten von NADES unter Verwendung von Cholinchlorid oder Betain als HBA und verschiedenen Arten von Polyolen als HBD hergestellt und ihre Auswirkungen auf die Cellulase-Hydrolyse von Oleuropein untersucht. Durch die Erforschung der Auswirkungen verschiedener Arten und Konzentrationen von NADES und ihrer Monomere auf die enzymatische Hydrolysegeschwindigkeit wurde eine neue effiziente und umweltfreundliche Methode für die Cellulase-Hydrolyse von Oleuropein entwickelt.

In dieser Studie wurde die Wirkung von NADES auf die Hydrolysegeschwindigkeit von Oleuropeinase durch Zugabe verschiedener Arten und Konzentrationen von NADES zur Pufferlösung untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Auswahl der geeigneten Art und Konzentration von NADES die Stabilität von Cellulase erhöhen und die Hydrolyse von Oleuropeinase fördern kann. Unter den Bedingungen einer Temperatur von 50 ℃ und pH=5 betrug die Hydrolyserate der Oleuropeinase in einem 10% DES-5 (V/V) Lösungsmittelsystem nach 3 Stunden Hydrolyse das 1,7-fache der Pufferlösung; die enzymatische Hydrolyserate nach 36 Stunden Hydrolyse ist 1,5-mal so hoch wie die der Pufferlösung; auf der Grundlage milder, effizienter und umweltfreundlicher enzymatischer Hydrolysebedingungen ermöglicht diese Methode der Cellulase eine effiziente Hydrolyse von Oleuropein über einen langen Zeitraum. In dieser Studie wurden Cholinchlorid oder Betain als HBA und Polyole als HBD in NADES verwendet, um die Stabilität der Cellulase zu erhöhen und die Hydrolyse der Oleuropeinase zu fördern, wodurch eine wissenschaftliche Grundlage für die effiziente Herstellung von Oleuropeinase-Hydrolyseprodukten geschaffen wurde.