Антарктическая альдегиддегидрогеназа из Flavobacterium PL002 как мощный катализатор определения ацетальдегида в вине

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 17301 (2022) Цитировать эту статью

990 Доступов

2 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Новейшие решения в области биотехнологий и биосенсорства нацелены на холодоактивные экстремозимы. Анализ ацетальдегида как важного показателя качества вина является одним из примеров применения, которое может выиграть от использования катализаторов, работающих при низких температурах. В поисках новых альдегиддегидрогеназ (АЛДГ) с высокой стабильностью и активностью при низких температурах путем клонирования и экспрессии в Escherichia coli BL21(DE3) был получен рекомбинантный S2-АЛДГ из антарктической флавобактерии PL002. Структурный и филогенетический анализ выявил сильное сходство белков (95%) с психрофильными гомологами, консервативными активными остатками и структурными элементами, придающими ферменту гибкость. График Аррениуса выявил конформационный сдвиг при 30 ° C, благоприятствующий катализу (низкая энергия активации) при более низких температурах. Помимо широкой субстратной специфичности с предпочтением ацетальдегида (Km = 1,88 мМ), этот фермент показал высокую толерантность к этанолу (15%), некоторым солям и хелаторам (преимущество для анализа вина), будучи чувствительным к ртути (I50 = 1,21 мкМ). Нейтральный оптимальный pH (7,5) и стабильность до 40 °C и после лиофилизации представляют собой основные преимущества для разработки датчиков на основе S2-ALDH. Был разработан ферментативный электрохимический анализ для обнаружения ацетальдегида в винах с доказанной точностью по сравнению с эталонным спектрофотометрическим методом, что доказывает потенциал S2-ALDH в качестве эффективного биокатализатора для промышленности и биосенсорства.

Альдегиды — это летучие, реакционноспособные карбонильные соединения, широко используемые в пищевой и косметической промышленности в качестве важного компонента новых обонятельных технологий. Этот класс химических соединений актуален для оценки состояния здоровья человека и используется в качестве индикаторов качества окружающего воздуха1, продуктов питания2 и напитков3. Известно, что среди этих соединений ацетальдегид влияет на цвет, стабильность и аромат алкогольных напитков3. Этот альдегид присутствует в вине в концентрации до 211 мг/л, тогда как в пиве и спиртных напитках он может достигать 63 мг/л и 1159 мг/л соответственно4. В вине ацетальдегид образуется во время алкогольного брожения, а также вырабатывается на более поздних стадиях уксусными бактериями. Это соединение связывается с бисульфитом, используемым в качестве стабилизатора, тем самым предотвращая его противомикробное и антиоксидантное действие5. Кроме того, ацетальдегид образует мостики между полифенольными соединениями, такими как флаванолы и антоцианы (например, катехин и мальвидин-3-О-глюкозид), с образованием олигомерных соединений, ответственных за изменение цвета и аромата вин6. Альдегиды, связанные в аддукты с бисульфитом, могут высвобождаться в процессе выдержки вина при окислении сульфита, поэтому динамика этого класса реакционноспособных карбонильных соединений критически влияет на органолептические характеристики вина7. Помимо ацетальдегида, в аромат вина вносят вклад и другие альдегиды, присутствующие в концентрациях мкг/л, включая изовалеральдегид, изобутиральдегид, 2-метилбутаналь, октаналь, нонаналь, деканаль, фенилацетальдегид и бензальдегид7,8.

В жидкой фазе содержание альдегидов можно измерить различными методами, включая хроматографию с различными режимами обнаружения (УФ-ВИД-спектрометрия, флуоресценция, масс-спектрометрия), титрование и ферментативные анализы3,9,10. В этих случаях специфическое обнаружение требует разделения и количественного определения отдельных альдегидов. Помимо трудоемкости и сложности многих тестов, они требуют дорогостоящего лабораторного оборудования. Альтернативно, уровень альдегидов в напитках, пищевых продуктах и ​​фармацевтических ингредиентах можно измерить с помощью биосенсоров на основе ферментов, основанных на различных ферментах, таких как альдегиддегидрогеназы (ALDH) из разных источников, альдегидоксидоредуктаза PaoABC из E. coli или алкогольдегидрогеназы ( АДГ) на основе обратной реакции11,12,13,14,15,16,17,18. Основные преимущества биосенсоров по сравнению с классическими аналитическими методами заключаются в их способности проводить измерения в реальном времени и совместимости с портативным экономичным оборудованием для измерений на месте.