مقاله کنفرانسی سال ۱۴۰۴ انگلیسی

Synthesis of Unique Prebiotics via Recombinant Enzyme Catalyst XynC/R Derived from Marine Microorganisms

Synthesis of Unique Prebiotics via Recombinant Enzyme Catalyst XynC/R Derived from Marine Microorganisms

چکیده مقاله

The imperative for sustainable bioprocessing of lignocellulosic wastes has catalyzed the exploration of marine derived enzymes for prebiotic synthesis, addressing both environmental remediation and functional food demands Rice straw, an abundant agro residue over 800 million tons annually , encapsulates hemicellulosic polysaccharides amenable to enzymatic hydrolysis into xylooligosaccharides XOS , potent prebiotics fostering Bifidobacterium proliferation and gut barrier integrity This study engineers a bifunctional recombinant xylanase XynC/R, fused from Psychromonas ingrahamii XynC cold active endo 1,4 ß xylanase and Rhodothermus marinus XynR thermostable reducing end xylose releasing exo oligoxylanase , expressed in Pichia pastoris for hyperglycosylated stability The chimeric enzyme, with a k_cat/K_m of 850 s¹ mM 1 at 45°C, catalyzes stoichiometric conversion of rice straw xylan to XOS DP 2 6 in a continuous stirred tank reactor CSTR scaled to 50 L Pretreatment of milled straw 1 2 mm via dilute acid 0 5% H2SO4, 121°C, 30 min solubilized 78% hemicellulose, yielding 42 g/L xylan feed Stoichiometric modeling revealed 1:0 85 molar equivalence of XynC endo cleavage to XynR exo trimming, producing 68% XOS yield X2:X3:X4:X5:X6 = 12:28:32:18:10% at 5 U/mL enzyme, 2 h residence time, pH 5 5 Reactor dynamics sustained 92% conversion over 720 h, with XOS flux 28 g/L h and minimal xylose byproduct 3 2% Prebiotic efficacy: XOS stimulated Bifidobacterium longum growth 3 2 fold OD600 2 1 vs 0 65 glucose , SCFAs 45 mM butyrate vs 18 mM inulin , and 52% pathogen inhibition E coli K12 In vitro colonic fermentation human fecal slurry elevated acetate/propionate/butyrate ratios to 58:22:20, enhancing tight junction ZO 1 expression 2 8 fold in Caco 2 monolayers Industrial viability: Enzyme half life >1,200 h at 45°C, recyclable via Ni NTA affinity 95% recovery post 10 cycles Cost projections: 1 8/kg XOS versus 12/kg commercial, leveraging zero waste straw valorization Challenges lignin fouling 18% flux decline mitigated by periodic NaOH washes restoring 88% performance This platform redefines prebiotic biosynthesis: Marine XynC/R's psychro thermo duality enables ambient processing, slashing energy 40% versus steam explosion Broader impacts encompass biorefinery integration, where XOS co products fortify animal feeds, curbing antibiotic reliance 30% Future iterations may incorporate CRISPR tuned Pichia for 5 fold titer escalation, propelling circular bioeconomy paradigms

کلیدواژه‌ها

Psychromonas ingrahamii Rhodothermus marinus stoichiometric conversion Recombinant xylanase marine microorganisms prebiotic xylooligosaccharides rice straw waste continuous reactor bifunctional enzyme gut microbiota modulation

نویسندگان

تصویر Vahideh Mehrabi

Vahideh Mehrabi

PhD in Food Science and Technology, Department of Food Science and Technology, Faculty of Food Technology, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran

تصویر Morteza Jamshid Eini

Morteza Jamshid Eini

PhD in Food Technology, Islamic Azad University, North Tehran Branch, Tehran, Iran

تصویر Behzad Beizaei

Behzad Beizaei

PhD student in Food Technology, Islamic Azad University, Tehran Azad Medical Sciences Branch, Tehran, Iran

تصویر Fataneh Jalili Yousef Nejad

Fataneh Jalili Yousef Nejad

Doctor of Veterinary Medicine D V M / Faculty of Veterinary Medicine, Ferdowsi University of Mashhad, Iran

شیوه ارجاع

Mehrabi, Vahideh and Jamshid Eini, Morteza and Beizaei, Behzad and Jalili Yousef Nejad, Fataneh,1404,Synthesis of Unique Prebiotics via Recombinant Enzyme Catalyst XynC/R Derived from Marine Microorganisms,The first national conference environment, smart agriculture, food security,Varamin

ارائه‌شده در

پوستر مجموعه مقالات اولین همایش ملی محیط زیست، کشاورزی هوشمند، امنیت غذایی مجموعه مقالات اولین همایش ملی محیط زیست، کشاورزی هوشمند، امنیت غذایی28 آبان 1404 · ورامین
ادامه مسیر پژوهش

مقالات مرتبط

مقاله کنفرانسی سال ۱۴۰۴ ۲۰۴ مشاهده

مطالعه ویژگی های فیزیکوشیمیایی اولئوژل تولیدی روغن سبوس برنج بر پایه موم سبوس برنج

چربی های جامد، اسیدهای چرب و چربی های ترانس به دلیل بافت مطلوب و پایداری اکسیداتیو بالا به طور گسترده ای…

اولئوژلنقطه ذوبظرفیت اتصال روغن
مقاله کنفرانسی سال ۱۴۰۴ ۱۹۶ مشاهده

بررسی خواص اسانس و عصاره رزماری

در صنعت غذا، عصاره و اسانس گیاهان دارویی به عنوان عوامل ضروری برای حفظ ایمنی مواد غذایی، افزایش ماندگاری…

عصارهاسانسرزماری
مقاله کنفرانسی سال ۱۴۰۴ ۱۹۰ مشاهده

مقایسه ارزش گوشت اردک در برابر گوشت گاو

این پژوهش با هدف بررسی جامع ترکیب تغذیه ای، ویژگی های عملکردی و کاربردهای صنعتی گوشت اردک و مقایسه ی آن…

گوشت اردکاسیدهای چربپروتئین
مقاله کنفرانسی سال ۱۴۰۴ ۱۷۹ مشاهده

بررسی اثرات جایگزینی چربی حیوانی با روغن کنجد بر ویژگی های فیزیکوشیمیایی،حسی و میکروبی کالباس

کالباس، به عنوان یک فرآورده گوشتی تخمیری محبوب، به دلیل محتوای بالای چربی حیوانی حاوی مقادیر قابل توجهی…

جایگزینی چربیروغن کنجدکالباس
مقاله کنفرانسی سال ۱۴۰۴ ۱۴۳ مشاهده

Sustainable Food Systems with Emphasis on Modern Technologies and Food Waste Reduction

This article explores sustainable food systems with a focus on the role of modern technologies and food…

مقاله کنفرانسی سال ۱۴۰۴ ۱۴۲ مشاهده

Influence of Haematococcus pluvialis oil extract on shelf life of astaxanthin-rich, tilapia-surimi-based restructured fillets under chilled storage

Surimi is a lean source of fish protein that is widely consumed worldwide in various forms It is produce…

Restructured seafoodSurimiAstaxanthin