海藻糖生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)新技術(shù)

1、海藻糖生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)新技術(shù)1研究背景1.1海藻糖的分子結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)海藻糖（Trehalose）是由兩個(gè)葡萄糖分子以11糖苷鍵連結(jié)而成，分子內(nèi)不存在游離的半縮羥基，是一種穩(wěn)定的非還原性二糖。海藻糖有3種光學(xué)異構(gòu)體，其中αβ型和ββ型在自然界中很少存在，而αα型是最常見(jiàn)的海藻糖。圖a.海藻糖的分子結(jié)構(gòu)（αα型）海藻糖無(wú)色無(wú)嗅，具很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、酸穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞膜等活體成分有很強(qiáng)的穩(wěn)定作用，在活體受到外界壓力（如干燥

2、、凍結(jié)、滲透壓等）時(shí)有保護(hù)作用。1.2海藻糖的來(lái)源海藻糖廣泛存在于植物（藻類(lèi)）、細(xì)菌、真菌、酵母和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)（昆蟲(chóng)）。1.3海藻糖的工業(yè)應(yīng)用由于海藻糖具備穩(wěn)定的細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，海藻糖具有抗冷凍性、保濕性、耐高溫性、干燥抗性、非還原性等良好的加工特性，加之外源性的海藻糖具有良好的非特異性保護(hù)作用，因此廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、精細(xì)化工和化妝品等領(lǐng)域。海藻糖可作為冷凍食品的保護(hù)劑。使用淀粉的食品，易因淀粉的老化而變硬，出現(xiàn)松散、白濁等現(xiàn)

3、象，工業(yè)上主要通過(guò)添加糖類(lèi)抑制淀粉老化，而其中海藻糖防止淀粉老化的作用明顯優(yōu)于其他糖類(lèi)。在有效的保護(hù)蛋白質(zhì)分子的天然結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也保持了食品的質(zhì)地和風(fēng)味。目前已成功利用海藻糖干燥的食品有牛奶、咖啡、果汁、脫水蔬菜等。海藻糖甜度低，滲透壓與蔗糖相當(dāng)，具有抗齲齒功能，可在食品中代替蔗糖使用。作為保護(hù)牙齒食品的甜味劑廣泛應(yīng)用于各種糖果、口香糖、糕點(diǎn)、飲料、冰淇淋、巧克力等。海藻糖具有保護(hù)生物分子的獨(dú)特功能，是生物分子的特效保護(hù)劑和組織細(xì)胞的穩(wěn)

4、定劑，為醫(yī)用生物制品，如血液制品、酶、疫苗、病毒、激素、單克隆抗體、重組人體蛋白等的干燥保存、運(yùn)輸和使用帶來(lái)極大的方便。英國(guó)劍橋Quadsant公司和WHO進(jìn)行合作，利用海藻糖干燥脊髓灰質(zhì)炎疫苗，解決從生產(chǎn)地到第三世界一些國(guó)家的長(zhǎng)途運(yùn)輸中的冷凍問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)僅此一項(xiàng)即可節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元的冷凍系統(tǒng)費(fèi)用。海藻糖也可應(yīng)用于保健品產(chǎn)業(yè)?；罹苿┦钱?dāng)今保健品的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，但活菌在人體腸道內(nèi)的存活率難以保證。如果能將海藻糖作為干燥保護(hù)劑，制成具有較高活力的

5、菌粉，再用只能在腸道溶解的材料包裝，生產(chǎn)出口服腸溶膠囊，將會(huì)大大提高活菌制劑的生物效價(jià)。糖脂是最重要的一類(lèi)生物表面活性劑，海藻糖酯酶具有良好的表面活性性能，可用于石油的三次開(kāi)采、日化、紡織等工業(yè)。另外海藻糖基本上不被牙齒所帶的微生物發(fā)酵，可作為保護(hù)性增香劑，其結(jié)晶形式可與粘結(jié)劑如羥乙基淀粉等一起用作糖衣材料。海藻糖具有保濕、防曬、防紫外線功效，所以可作為保濕劑、保護(hù)劑、紫外吸收劑等用于皮膚化妝品、洗面奶。還可作為甜味劑、改良劑用于唇膏、

6、口腔清涼劑、口腔芳香劑等。1.4海藻糖的生產(chǎn)途徑海藻糖生產(chǎn)方法主要有合成法、發(fā)酵法、提取法、酶轉(zhuǎn)化法以及基因工程法。于底物還原性末端產(chǎn)生α—1，4糖苷鍵到α1，1糖苷鍵的分子內(nèi)轉(zhuǎn)糖基作用，形成中間產(chǎn)物麥芽寡糖基海藻糖；MTHase則專(zhuān)一地內(nèi)切該中間產(chǎn)物中麥芽寡糖基與海藻糖相連的α1，4糖苷鍵，使之分解產(chǎn)生海藻糖和減少2個(gè)葡萄糖單位的新麥芽寡糖如此反復(fù)交替進(jìn)行2種酶反應(yīng)就可以將麥芽寡糖或直鏈淀粉轉(zhuǎn)化成主要為海藻糖，以及少量葡萄糖、麥芽糖、

7、麥芽三糖的產(chǎn)物。而配合脫支酶基因工程菌，三種酶共同作用可將可溶性淀粉最終轉(zhuǎn)化為海藻糖。實(shí)驗(yàn)選取pHY300PLK穿梭質(zhì)粒為載體，先進(jìn)行誘導(dǎo)型啟動(dòng)子的克隆，然后進(jìn)行報(bào)告基因的克?。╔1，Y1，Z1），三種基因功能見(jiàn)下表；轉(zhuǎn)入表達(dá)宿主中進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，最終得到所需的海藻糖。表2.三種報(bào)告基因表達(dá)產(chǎn)物基因表達(dá)產(chǎn)物X1GlgXY1MTSaseZ1MTHase3實(shí)驗(yàn)進(jìn)展3.1誘導(dǎo)型啟動(dòng)子的克隆pHY300PLKB.Sxyl6256bpTetorip