工程菌株高效催化制糖工业副产物绿色合成高纯度异麦芽酮糖获进展

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。目前，异麦芽酮糖的工业化生产主要是蔗糖经蔗糖异构酶（SIase）催化获得，而这导致异麦芽酮糖的价格比蔗糖高6倍，严重限制了其进一步推广应用。因此，寻找一种廉价、可持续的原料用于生产异麦芽酮糖是降低成本的关键。糖蜜（包括甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜）是制糖工业最主要的副产物，含有40%-60%的蔗糖，表明其可能是一种具有成本效益的异麦芽酮糖生产原料。文献调研发现，已有少量研究成功地利用糖蜜合成异麦芽酮糖，然而，其产物产量和纯度较低，达不到工业化应用的要求。

为克服上述缺点，广东省科学院生物与医学工程研究所糖业技术中心研究人员通过进一步分析发现，糖蜜不仅含有丰富的蔗糖，而且含有10%-15%的单糖成分（葡萄糖和果糖）。基于此，研究人员提出了一种新的策略：蔗糖仅用于异麦芽酮糖的生物合成（提高转化率），单糖成分作为能量来源供菌株生长（避免了后续的分离，提高产物纯度）。并通过定向代谢通量途径、精细调控SIase活性等一系列合成生物学技术手段，获得重组谷氨酸棒状杆菌菌株IS7（图1）。

在最适条件下，分别以甘蔗糖蜜（350 g/L）和甜菜糖蜜（400 g/L）为底物，发酵72 h，重组菌株IS7产异麦芽酮糖的产率为0.97 g/g，纯度为98%（图2），较以往报道的显著提高。该研究为利用重组菌株IS7从廉价的甘蔗和甜菜糖蜜中高效生产高纯度异麦芽酮糖提供了理论基础，也为利用农业副产物经济、可持续生产高附加值产品提供了可参考经验。

该成果近日发表在《Green Chemistry》期刊上，广东省科学院生物与医学工程研究所糖业技术中心郭艺山副高级工程师为第一作者，张平军博士和苏慧慧博士为共同通讯作者。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、广东省科技计划项目的资助。

论文信息：

Yi-Shan Guo, Zhan-Dong Yang, Jun-Sheng Huang, Jun-Yong Gao, Xiu-Ping Chen, Hao Cheng, Ping-Jun Zhang and Hui-Hui Su. (2022) Efficient and economical biosynthesis of high purity isomaltulose from sugar industrial waste molasses using an engineered Corynebacterium glutamicum strain. Green Chemistry, doi.org/10.1039/d1gc04790f

原文链接：https://doi.org/10.1039/d1gc04790f

（糖业技术中心供稿）