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“甜蜜家族”成員“搭”上生物合成快車

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“甜蜜家族”成員“搭”上生物合成快車



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 。 可你知道嗎？“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)采訪人員采訪時(shí)說 ， 寡糖是由2—10個(gè)單糖通過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 。
【“甜蜜家族”成員“搭”上生物合成快車】“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 ， 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)
采訪人員采訪獲悉 ， 寡糖的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn) ， 距今不過百余年歷史 。 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 ， 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 。 可是由于沒有加工提取的合適方法 ， 也沒有發(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 ， 上世紀(jì)70年代 ， 我國(guó)科學(xué)家開始研發(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)境不友好等問題 ， 我們需要一種更高效持續(xù)的生產(chǎn)工藝 。 ”孫媛霞說道 。
生物合成高效環(huán)保
去年年底 ， 在開展功能糖與天然活性物質(zhì)研究中 ， 孫媛霞團(tuán)隊(duì)通過模擬植物體內(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 。

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