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  • 資訊 > 市場(chǎng)動(dòng)態(tài) > 甜蜜家族”成員,“搭”上生物合成快車

    2019-01-29 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
    生活里的甜蜜基本和飲食相關(guān),比如蔗糖、蜂蜜……,它們大多是單糖和多糖??赡阒绬幔俊疤鹈奂易濉崩镞€有一位成員,雖然我們平時(shí)很少接觸,但卻須臾難離,它就是寡糖,又叫低聚糖。

        生活里的甜蜜基本和飲食相關(guān),比如蔗糖、蜂蜜……,它們大多是單糖和多糖??赡阒绬幔?ldquo;甜蜜家族”里還有一位成員,雖然我們平時(shí)很少接觸,但卻須臾難離,它就是寡糖,又叫低聚糖。

        寡糖是一種新型功能性糖,它只能從天然食物中萃取,或通過(guò)生物酶降解獲得。中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所孫媛霞研究員帶領(lǐng)的功能糖與天然活性物質(zhì)研究團(tuán)隊(duì),“搭”上生物合成技術(shù),設(shè)計(jì)出一條功能寡糖生產(chǎn)新路線。

        寡糖應(yīng)用領(lǐng)域廣

        “我們常喝的雙歧桿菌酸奶里就有它的影子。”孫媛霞近日接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō),寡糖是由2—10個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵連接形成直鏈或支鏈的低度聚合糖,具有改善腸道菌群平衡、促進(jìn)腸道內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生成與吸收、降低血清膽固醇和血脂濃度、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、抗齲齒、防治糖尿病和保護(hù)肝 臟等生理功效,可作為蔗糖替代品應(yīng)用在功能性食品或低能量食品中。

        “大豆寡糖具有促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群增殖,抑制腐敗菌的生長(zhǎng),保持腸道的微生態(tài)平衡等益生元功效。”孫媛霞介紹說(shuō),由于低聚糖中的化學(xué)鍵不能被人體消化酶所分解,故而通常不易被唾液和胃液消化,能通過(guò)上消化道直通腸道發(fā)揮作用。低聚糖可在腸道內(nèi)被細(xì)菌分解轉(zhuǎn)化成乙酸、丙酸等有機(jī)酸和短鏈脂肪酸等等,短鏈脂肪酸約有95%會(huì)被大腸迅速利用吸收,為大腸上皮細(xì)胞提供能源。有機(jī)酸可以促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收,有研究發(fā)現(xiàn),低聚果糖、低聚半乳糖都有促進(jìn)鈣、磷、鎂的吸收作用。

        生產(chǎn)工藝需要改進(jìn)

        記者采訪獲悉,寡糖的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn),距今不過(guò)百余年歷史。科學(xué)家們一直在為高效獲取寡糖而孜孜以求。孫媛霞以歷史較長(zhǎng)的殼寡糖為例介紹說(shuō),早在1811年法國(guó)學(xué)者布拉克諾首先在蘑菇中發(fā)現(xiàn)了甲殼幾丁質(zhì),緊接著法國(guó)學(xué)者歐吉爾在昆蟲(chóng)的外殼中也發(fā)現(xiàn)了類似的物質(zhì),并命名為甲殼質(zhì),1894年德國(guó)科學(xué)家在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖??墒怯捎跊](méi)有加工提取的合適方法,也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其特殊的功能,在其后的100年中,甲殼質(zhì)慢慢被科學(xué)界所遺忘。半個(gè)世紀(jì)后,日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)了藏在螃蟹殼中的殼寡糖,其才重新成為研究熱點(diǎn)。

        “為了能夠使這種物質(zhì)更好地服務(wù)于人類健康,科學(xué)家們努力攻關(guān),使提取技術(shù)不斷進(jìn)步。”孫媛霞說(shuō),上世紀(jì)70年代,我國(guó)科學(xué)家開(kāi)始研發(fā)從大豆、甜菜、棉籽等原料中提取大豆寡糖的技術(shù),主要采用膜法從植物原料中提取純化,獲得的棉子糖和水蘇糖含量?jī)H為30%左右,制約了大豆寡糖的功效及應(yīng)用;而國(guó)外主要采用色譜分離制備方法,雖然產(chǎn)品純度可以達(dá)到70%以上,但生產(chǎn)方式仍未擺脫植物種植提取模式。

        “世界范圍內(nèi)的功能寡糖生產(chǎn)主要依賴于水解和提取,存在產(chǎn)率低、成本高且對(duì)環(huán)境不友好等問(wèn)題,我們需要一種更高效持續(xù)的生產(chǎn)工藝。”孫媛霞說(shuō)道。

        生物合成高效環(huán)保

        去年年底,在開(kāi)展功能糖與天然活性物質(zhì)研究中,孫媛霞團(tuán)隊(duì)通過(guò)模擬植物體內(nèi)合成大豆寡糖的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制,構(gòu)建了一條新型多酶級(jí)聯(lián)合生成大豆寡糖技術(shù)路線,挖掘了植物中大豆寡糖合成酶蛋白分子編碼基因,以廉價(jià)的蔗糖為原料,重新設(shè)計(jì)出一條功能寡糖合成的技術(shù)路線,并在體外構(gòu)建了多酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了肌醇半乳糖苷、棉子糖和水蘇糖三種功能寡糖純生物合成。這一技術(shù)利用分步級(jí)聯(lián)及輔因子循環(huán)轉(zhuǎn)化策略,解決了多酶反應(yīng)系統(tǒng)中酶穩(wěn)定性差等普遍難題。

        由于在合成過(guò)程中采用細(xì)胞破碎粗酶液作為反應(yīng)介質(zhì),避免酶純化步驟和添加昂貴的輔酶因子,還降低了生產(chǎn)成本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,通過(guò)多步級(jí)聯(lián)與循環(huán)轉(zhuǎn)化反應(yīng),肌醇半乳糖苷、棉子糖和水蘇糖的產(chǎn)率得到很大提高。

        日前,該研究成果已在國(guó)際期刊《應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)》(AEM)上全文發(fā)表,并已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利。孫媛霞表示:“與傳統(tǒng)植物提取工藝比,整個(gè)過(guò)程只需調(diào)節(jié)底物和酶催化劑即可實(shí)現(xiàn)不同寡糖的生物合成,且沒(méi)有任何有害廢棄物排放,可真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程的環(huán)境友好。”

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