Hemicellulase là một hỗn hợp các enzyme thủy phân bao gồm: Xylan endo – 1,3- β- xylosidase, EC 3.2.1.32; xylan 1,4- β- xylosidase, EC 3.2.1.37; và α- L- arabinofuranosidase, EC 3.2.1.55, EC 3.2.1.72. Hemicellulase hoạt động tốt ở pH = 4.5÷ 5.5 và nhiệt độ dưới 500C [26], [27]. Hemicellulase thủy phân phân giải các liên kết β-glycoside như: β-1,6; β-1,3 hay β-1,4-glycoside trong phân tử.
a. Cơ chất của enzyme
Hemicellulase là một enzyme thủy phân hemicelluloses. Hemicelluloses là một dạng của polysaccharides kết hợp với cellulose và lignin. Hemicelluloses có mặt ở thành tế bào, kém bền, có thể bị thủy phân bởi dung dịch acid yếu và kiềm. Khác với cellulose, hemicelluloses vừa là vật liệu cấu trúc vỏ tế bào vừa là nguyên liệu dự trữ năng lượng cho các quá trình trao đổi chất trong rau quả. Khi thủy phân hemicelluloses sẽ thu được các monosaccharide như: manose, galactose, xylose hay arabinose.
Hemicellulase là một hỗn hợp enzyme có thể thủy phân những thành phần khó tiêu hóa của mô thực vật. Nó sẽ tấn công vào hemicelluloses và giải phóng ra những phân tử có trọng lượng phân tử nhỏ hơn.
b. Phân loại enzyme hemicellulase
Trong thực vật thì xylan là loại hemicellulose thường gặp nhất. Xylan là một polysaccharide dị thể, mạch chính được cấu tạo bới các đơn vị D-glucose nối nhau bằng liên kết 1,4-β-xylopyranosyl, mạch nhánh liên kết với arabinose, aicd glucuronic hay acid arabinoglucuronic. Vì vậy để thủy phân hoàn toàn xylan phải có sự kết hợp hoạt động của nhiều enzyme khác nhau. Các enzyme tham gia vào quá trình phân cắt xylan bao gồm [31]:
+ Xylanase (EC 3.2.1.8) hay endo-β1,4-xylanase thuộc nhóm enzyme thủy phân, là enzyme phân cắt xylan do thủy giải liên kết 1,4- β-xylopyranosyl trong xylan.
+ β-xylosidase (EC 3.2.1.37): Enzyme này có khả năng thủy phân xylobiose và xylooligosaccharide. Β-xylosidase không phân cắt được xylan nhưng lại có thể thủy phân p-nitrophrnyl- β-D-xylopyranoside.
+ α-D-glucuronidase (EC 3.2.1.31): Enzyme này có tính đặc hiệu cao về cơ chất, chỉ phân cắt liên kết giữa 4-O-methylglucuronic và xylooligosaccharide, có hoạt tính thấp trên các polymer glucuronoxylan. Enzyme này hoạt động có hiệu quả khi có sự phối hợp với xylanase và β-xylosidase.
+ α-L-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55): Đây là exo-enzyme có khả năng phân cắt liên kết α-1,3-arabibofuranoside từ các đơn vị xylopyranoxyl trên chuỗi xylooligosacchride và xylan.
+ Acetyl xylan esterase (EC 3.2.1.72): Enzyme thủy phân liên kết ester trên xylan. Enzyme tác động lên các nhóm acetyl trên polymer xylan và có thể khử acetyl trên cơ chất tự nhiên một cách nhanh chóng. Enzyme này đóng vai trò quan trọng trong việc thủy phân xylan vì khi nhóm acetyl bị phân cắt, các enzyme khác sẽ dễ dàng tấn công mạch chính của phân tử xylan.
Hình 1.4: Cấu trúc không gian của hỗn hợp enzyme hemicellulase