功能性糖生物制备关键技术研究

功能性糖是指一大类具有甜味和特殊保健功能，能作为蔗糖替代品的碳水化合物，主要包括功能性低聚糖、功能糖醇、功能性单糖及一部分功能性多糖。功能性糖具有抗龋齿、低能量值、降低血清胆固醇、降血压、保护肠道等生理活性，是健康产业的重要原料。而利用酶或微生物催化方法生物制备功能性糖是一个广受关注的研究领域。

功能性糖生物制备技术难点在于构建或筛选特异性糖酶与微生物，并建立高效生物催化过程控制技术。中国专利CN201710196964.1涉及一种生产低聚果糖的方法，包括以下步骤：采用连接肽连接果糖基转移酶和葡萄糖氧化酶，然后在宿主菌中进行融合表达，得到融合蛋白；将融合蛋白和过氧化氢酶加入蔗糖水溶液中混匀，进行催化反应，得到低聚果糖。CN201810033883.4公开了一种β-半乳糖苷酶的突变体及其制备方法和应用，其通过将β-半乳糖苷酶中的特定位点氨基酸进行突变，转入重组菌后，并在优化后的条件下进行酶转化，突变体生产的低聚半乳糖产率达到59.8%，较野生酶提高70%左右，实现了低聚半乳糖产量的提高，具有极高的工业化应用。CN201210012038.1公开了一株产β-半乳糖苷酶的菌株及用该酶生产低聚半乳糖的方法，涉及一株从土壤中筛选而来的阿耶波多芽孢杆菌（Bacillusaryabhattai）SK22.003，保藏编号为CCTCC NO：M2011464。以此阿耶波多芽孢杆菌为发酵菌株，以乳糖为碳源、酵母膏和蛋白胨为氮源及无机盐组成发酵培养基，发酵生产β-半乳糖苷酶，发酵后经检测，在发酵液中酶活达到1～25 U/mL。将β-半乳糖苷酶添加到5%～60%乳糖溶液中催化合成低聚半乳糖，转化4～36 h，产率达35%以上。CN201610053213.X公开了一种高效合成双果糖酐III的方法，先使用菊糖蔗糖酶将蔗糖转化为菊糖，不分离聚糖，再使用菊糖果糖转移酶转化菊糖合成功能性双糖双果糖酐III。该发明菊糖合成双果糖酐III的转化率能够达到40%～54%。为了获得较为纯的双果糖酐III，用酵母除去反应液中的小分子单糖，最终所获得的较为纯的双果糖酐III容易分离纯化，具有广阔的市场应用前景。CN201410327029.0涉及一株产菊糖果糖转移酶的菌株，其分类命名为氯酚节杆菌（Arthrobacter chlorophenolicus）SK33.001，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2013387。以此节杆菌为出发菌株，以菊糖为碳源，与氮源及无机盐组成发酵培养基，发酵生产菊糖果糖转移酶。发酵培养基以菊糖，硝酸钠为主要碳源和氮源，发酵后经检测，在发酵液中菊糖果糖转移酶酶活达2～100 U/mL。将菊糖果糖转移酶添加到1%～30%的菊糖溶液中生产双果糖酐III，转化3～24 h，转化率达到75%以上。CN201210040790.7公开了一种D-塔格糖3-差向异构酶固定化方法，步骤是：1）预处理菌体获得目的酶液；2）预处理离子交换树脂；3）向处理好的大孔离子交换树脂中加入D-塔格糖3-差向异构酶液进行吸附后，加入戊二醛溶液进行交联，用去离子水洗涤以除去游离酶和未交联的戊二醛，即得到固定化的D-塔格糖3-差向异构酶，固定化酶活回收率可达50%以上。CN201410314872.5公开了一种提高D-塔格糖-3-差向异构酶储藏稳定性的方法，其以一种类球红细菌SK011为出发菌株，发酵产的D-塔格糖-3-差向异构酶，离心、高压破碎，再超滤浓缩后添加一定的稳定剂。该稳定剂包括以下组分：防腐剂0.1～0.5 g/dL、糖类2～6 g/dL、醇类2～6 g/mL、盐类0.5～2.0 mmol/L，其中防腐剂为对羟基苯甲酸甲酯（Met），糖类为果糖，醇类为肌醇，盐类为MgSO4。该发明的稳定剂组分简单，且对D-塔格糖-3-差向异构酶的粗酶液保护效果较好，25℃下储存15 d，可使酶液的酶活保留率由不加稳定剂的2.2%提高到97.74%。

利用酶或微生物催化方法生物制备功能性糖，必须加强对催化剂本身、催化反应过程、催化剂的表达等方面全面系统的研究，优化改造其物质转化功能与转化效率；同时加强反应分离耦合技术、生物转化过程调控技术、过程工程优化放大等集成研究，实现高效节能与环保的转化工艺放大，解决实验室成果产业化中的瓶颈问题。