异麦芽酮糖（Isomaltulose）是甘蔗、蜂蜜等产品中发现的一种天然二糖。异麦芽酮糖具有优异的遮蔽异味、平衡食品风味特性，并且具有低升糖指数、低胰岛素指数、持续提供能量、抑制脂肪积累、不会引起蛀牙的功能，可应用于高血糖、糖尿病人以及儿童食品。2004年，美国FDA宣称异麦芽酮糖为“公认安全”级。因此，异麦芽酮糖通常被认为是蔗糖的“理想替代品”，在食品、化工和药品领域具有极其广阔的应用前景。然而，成本较高是制约异麦芽酮糖应用的主要因素。目前异麦芽酮糖的工业化生产主要是蔗糖经蔗糖异构酶(SIases)的催化获得，这就导致异麦芽酮糖的成本直接依赖于原料蔗糖的成本。其次，在生产过程中蔗糖异构酶存在稳定性差、回收率低、无法重复利用等问题，进一步增加了异麦芽酮糖的生产成本。因此，开发一种原料成本低、酶催化活性高且能循环使用的异麦芽酮糖生产工艺，是推动异麦芽酮糖规模化应用的前提条件。
图1 异麦芽酮糖的应用
针对这一情况，省科学院生物与医学工程研究所制糖团队通过将来自于分散泛菌（Pantoea dispersa UQ68J）的蔗糖异构酶相关基因引入大肠杆菌构建细胞工厂，以高效催化未处理的甘蔗糖蜜转化为异麦芽酮糖。并采用海藻酸钙体系对重组大肠杆菌菌株进行固定化，以提高蔗糖异构酶的稳定性和回收率。随后，对甘蔗糖蜜浓度、氮源及其浓度、发酵温度和pH等条件进行优化，以获取最优发酵条件。在最优发酵条件下，以固定化重组大肠杆菌催化未处理甘蔗糖蜜产异麦芽酮糖的最大产量、产率和生产效率分别是240 g/L，94%和48 g/L/h。
体外研究显示异麦芽酮糖能促进多种益生菌生长，包括干酪乳杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、嗜酸乳杆菌、动物双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌和凝结芽孢杆菌。这说明异麦芽酮糖具有益生元功效。此外，异麦芽酮糖能影响益生菌产生短链脂肪酸，尤其是提高丙酸的含量和降低乙酸的浓度。
图2 基于固定化工程大肠杆菌绿色合成的异麦芽酮糖及其益生元活性研究
该项研究为低成本生产异麦芽酮糖和促进其作为益生元工业化应用提供理论依据。该成果近日发表在LWT-Food Science and Technology期刊上，省科学院生物与医学工程所苏慧慧博士和徐日益高级工程师为共同第一作者，张平军博士和制糖团队负责人黄俊生为共同通讯作者。该研究得到广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目的资助。
论文信息：Hui-Hui Su, Ri-Yi Xu, Zhan-Dong Yang, Yi-Shan Guo, Jun-Yong Gao, Liu-Zhen Mo, Ya-Fei Gao, Hao Cheng, Ping-Jun Zhang, Jun-Sheng Huang (2021), Green synthesis of isomaltulose from cane molasses by an immobilized recombinant Escherichia coli strain and its prebiotic activity, LWT, 143, 111054.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.111054
（省科学院生物与医学工程所 苏慧慧/供稿）
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