Enzymatische Herstellung und Reinigung von Fructooligosacchariden des Inulin-Typs und deren Verwertung durch abundante Darmbakterien

Fructooligosaccharide vom Inulin-Typ (I-FOS) sind präbiotische Fructan-Oligomere, die hauptsächlich aus ß-(2,1)-verknüpften Fructose-Einheiten bestehen. I-FOS haben aufgrund ihrer gesundheitsfördernden Wirkung und funktionellen Eigenschaften in der Lebensmittelindustrie und im medizinischen Bereich erhebliche Bedeutung erlangt. Die hohen Kosten für die Herstellung von I-FOS begrenzen jedoch ihre breitere Anwendung, weshalb anhaltendes Interesse an neuen biotechnologischen Produktionsstrategien besteht. Diese Arbeit befasste sich mit der Entwicklung eines alternativen enzymatischen Herstellungsverfahrens von I-FOS aus Saccharose mit Hilfe der bakteriellen Inulosucrase InuGB-V3 aus Lactobacillus gasseri . Zur Analyse der synthetisierten I-FOS wurde zunächst eine isokratische HPLC-Methode entwickelt und validiert. I-FOS mit einem Polymerisierungsgrad (DP) von 3-17 konnten innerhalb von 45 Minuten basisliniengetrennt eluiert werden, was eine nützliche Verbesserung gegenüber bestehenden isokratischen HPLC-Verfahren darstellt. Durch heterologe Produktion der Inulosucrase in Escherichia coli BL21 wurde eine hohe Proteinausbeute von 139 mg InuGB-V3 pro L E. coli Kultur erzielt. Das gereinigte Zelllysat (InuGB-V3-Rohenzym) wurde als Biokatalysator in I-FOS-Synthesereaktionen unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt. Durch Charakterisierung des InuGB-V3-Rohenzyms und einer darauf basierenden Optimierung der grundlegenden Prozessparameter konnten die Produktausbeute und die Effizienz des Prozesses erhöht werden. In der optimierten Biokonversions-Reaktion mit 800 g L -1 Saccharose wurden I-FOS mit einem DP von 3-11 synthetisiert, wobei 1,1-Kestotetraose (DP4) das vorherrschende Transfructosylierungs-Produkt war. Die erzielte I-FOS-Konzentration von 401 g L -1 und die I-FOS-Ausbeute von 0,50 g I-FOS pro g Saccharose sind die bisher höchsten für eine bakterielle Inulosucrase beschriebenen Werte und zeigen die Wettbewerbsfähigkeit des entwickelten Produktionsverfahrens mit bestehenden Verfahren. Der Großteil der in der ...