功能糖和糖醇對(duì)人口健康意義重大，糖工程產(chǎn)品已在我國(guó)食品、保健品、醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮出十分重要的作用。

　　目前，甜味劑是人們?nèi)粘Ｉ钏匦璧恼{(diào)味品之一。它作為世界上消費(fèi)量最大的一類(lèi)食品添加劑，主要用于冷飲、飲料、配制酒、糕點(diǎn)、面包、餅干、蜜餞等十幾類(lèi)食品中。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球甜味劑總產(chǎn)量已超過(guò)1億噸，人均年消費(fèi)量在20kg左右，發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)50kg，發(fā)展中國(guó)家也超過(guò)10kg，我國(guó)在8kg左右，因此功能性糖的市場(chǎng)前景十分廣闊。

　　稀少糖是一類(lèi)低熱量新型功能性單糖，具有獨(dú)特生理學(xué)功能和重要的應(yīng)用價(jià)值，作為填充型的功能甜味劑，是糖尿病、肥胖癥病人的理想蔗糖替代品，其中，阿洛酮糖在2013年已經(jīng)被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認(rèn)定為安全的食品添加劑。目前利用酶轉(zhuǎn)化法能夠規(guī)?；a(chǎn)的稀少糖，由于相應(yīng)酶的活性并不是很高，最終產(chǎn)物的產(chǎn)量比較低，生產(chǎn)成本仍然較高。

　　中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所孫媛霞研究組以單糖生物轉(zhuǎn)化酶及技術(shù)開(kāi)發(fā)作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈突破點(diǎn)，利用酶偶聯(lián)及固定化技術(shù)對(duì)果葡糖漿生產(chǎn)工藝進(jìn)行提升，研制富含稀少糖高果糖漿高附加值產(chǎn)品，建立了從糖生物質(zhì)資源到新型稀少糖品生物轉(zhuǎn)化技術(shù)體系，推動(dòng)了功能性稀少糖產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，提升了現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)化生物制造工藝。

　　理想的蔗糖替代品

　　“稀少糖及其衍生物具有獨(dú)特的生理學(xué)功能，具有降血糖、抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)與脂肪積累等作用，在食品、保健品、醫(yī)藥品與化妝品等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值?！敝袊?guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員孫媛霞在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示。

　　隨著食品質(zhì)量提高和科技進(jìn)步，熱量已不是制約我國(guó)人民營(yíng)養(yǎng)健康的主要因素，相當(dāng)多的人還因熱量攝入過(guò)剩導(dǎo)致罹患各種疾病，因此人體攝入的營(yíng)養(yǎng)應(yīng)轉(zhuǎn)向低熱量的功能性糖類(lèi)。

　　阿洛酮糖作為一種六碳稀少酮糖是近年發(fā)現(xiàn)的一種具有特殊保健功能的新型功能性單糖，其甜度相當(dāng)于蔗糖70%，具有高溶解度、極低的熱量值和低血糖反應(yīng)等有益人體健康的特殊功能，被美國(guó)食品導(dǎo)航網(wǎng)評(píng)價(jià)為最具潛力的蔗糖替代品。

　　據(jù)了解，2011年8月，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）確定阿洛酮糖為普遍公認(rèn)安全食品（GRAS），并可作為食品或食品添加劑組成成分。

　　“我們研究一方面聚焦在阿洛酮糖異構(gòu)酶、鼠李糖異構(gòu)酶等新型的生物催化劑研發(fā)，既對(duì)其進(jìn)行挖掘、克隆表達(dá)、分離精制，又利用酶固定轉(zhuǎn)化廉價(jià)的葡萄糖等單糖實(shí)現(xiàn)稀少糖和稀少糖醇的生物合成。”中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所副研究員朱玥明告訴記者。

　　另一方面，他們構(gòu)建了非天然的L-稀少糖、脫氧糖的生物合成路線，這些糖大多作為醫(yī)藥中間體能合成L-核苷類(lèi)藥物，提高其抗腫瘤活性。脫氧糖也是一類(lèi)重要的稀少糖，具有重要的生理活性，如脫氧核糖是核苷類(lèi)藥物的基礎(chǔ)原料和關(guān)鍵中間體，可用于制造抗病毒藥物和抗腫瘤藥物，多用于治療艾滋病、乙肝和腫瘤，有著重要的開(kāi)發(fā)價(jià)值和市場(chǎng)前景。

　　“然而，目前主要是利用化學(xué)法來(lái)合成，原料價(jià)格比較貴，反應(yīng)步驟多，工藝較復(fù)雜、產(chǎn)率低，導(dǎo)致能夠獲得的L-稀少糖、脫氧糖種類(lèi)很少?！睂O媛霞坦言。

　　研究團(tuán)隊(duì)以谷氨酸棒桿菌為底盤(pán)微生物，構(gòu)建稀少糖合成新途徑，通過(guò)代謝工程手段改造菌株，優(yōu)化發(fā)酵條件，實(shí)現(xiàn)高效合成L型稀少糖及脫氧糖，該構(gòu)建的工程菌株以甘油等小分子底物合成了C4，C5，C6，C7稀少糖，該研究通過(guò)綠色工藝技術(shù)合成稀少糖策略，實(shí)現(xiàn)十余種稀少糖及其衍生物生物合成。

　　開(kāi)發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的催化劑

　　稀少糖生物合成所需要的新型、高效酶催化劑開(kāi)發(fā)是研發(fā)的關(guān)鍵，也是技術(shù)難題。

　　“在日本稀少糖研究中心工作期間，我們可以把酶催化劑直接用于生物轉(zhuǎn)化合成不同種類(lèi)的稀少糖并進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)。但回國(guó)之后，因?yàn)樯婕爸R(shí)產(chǎn)權(quán)的問(wèn)題，我們首先必須要自主開(kāi)發(fā)、不受日本知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)新型的生物催化劑。”孫媛霞說(shuō)，對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，短時(shí)間內(nèi)要開(kāi)發(fā)出活性高、特異性強(qiáng)的催化劑，是非常難的。

　　孫媛霞告訴記者，在回國(guó)之后遇到最大的問(wèn)題就是在生物轉(zhuǎn)化中所需要的酶制劑。從新型酶蛋白的發(fā)現(xiàn)到功能表征，整個(gè)過(guò)程需要非常長(zhǎng)的時(shí)間和精力。

　　孫媛霞白天用來(lái)進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研和企業(yè)合作?！暗蒲械哪_步不能停止，所以周一到周五時(shí)間的晚間，孫老師幾乎都是在研究所度過(guò)的。把研究所當(dāng)家，生活基本格調(diào)就是白天做調(diào)研，晚上看文獻(xiàn)?！碧旖蚬I(yè)生物技術(shù)研究所助理研究員楊建剛告訴記者。

　　孫媛霞回國(guó)之后就到了工業(yè)酶國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室。這里從酶制劑的發(fā)現(xiàn)到生產(chǎn)，都有著專(zhuān)業(yè)的團(tuán)隊(duì)和超前的技術(shù)?！坝辛怂麄兊闹С郑覀?cè)趦赡曛畠?nèi)就拿到了幾種不同微生物來(lái)源的酶催化劑。所以我們開(kāi)發(fā)的速度可能在稀少糖開(kāi)發(fā)過(guò)程中是比較快的?！睂O媛霞說(shuō)。

　　雖稀少，前景好

　　孫媛霞研究組以高果糖漿為底物，開(kāi)發(fā)新型的“健康糖”，將高果糖漿中的葡萄糖、果糖利用酶法異構(gòu)，轉(zhuǎn)化生成一種零卡路里并且能夠改善腸道菌群、降低血糖、抗齲齒的甜味劑D-阿洛酮糖，對(duì)改善人類(lèi)健康具有重要意義。

　　隨著健康領(lǐng)域新變化，以疾病治療為主正逐漸向治未病趨勢(shì)發(fā)展。為適應(yīng)這樣的趨勢(shì)變化，營(yíng)養(yǎng)食品領(lǐng)域也正在以科學(xué)論證的營(yíng)養(yǎng)配方為依據(jù)，針對(duì)糖尿病及相關(guān)慢病人群，開(kāi)發(fā)臨床特殊用途稀少糖，在輔助治療疾病的過(guò)程中能起著重要作用。

　　目前糖尿病全球患者有3.47億人，并且與心血管疾病、超重者等慢病人群相關(guān)聯(lián)。該類(lèi)慢病人群在臨床治療過(guò)程中，因糖耐量明顯降低，需要嚴(yán)格限制單糖、雙糖攝入量；同時(shí)，惡性腫瘤患者，常因術(shù)后放療或化療而引起頭暈或易患感冒、低熱等癥狀，提高免疫力、減輕或抑制不良癥狀的反應(yīng)、維持營(yíng)養(yǎng)攝入平衡的高品質(zhì)功能糖開(kāi)發(fā)具有重要意義。

　　“目前，由于稀少糖來(lái)源較少、價(jià)格昂貴以及研究手段相對(duì)落后，制約了稀少糖的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用推廣。隨著工藝的成熟以及生產(chǎn)成本的下降，稀少糖因其獨(dú)特的功能將在食品、保健品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有更廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用?！睂O媛霞說(shuō)。

　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2015-09-21 第6版 進(jìn)展)

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