[發明專利]一種由乳清生產D-塔格糖的方法

在審

• 申請號: 202010135919.7
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111254171A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 齊向輝;張國艷;員君華;袁嬌;張宇飛;王洋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C12P19/24
• 分類號: C12P19/24;C12P19/14;C12P19/02;C12N15/70;C12N15/61;C12R1/19
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 呂紀濤

本發明提供了一種由乳清生產D?塔格糖的方法，屬于D?塔格糖生產技術領域，包括：以含有乳糖的乳清粉為原料制備底物溶液；將araA基因克隆、轉化、篩選獲得重組菌株，經IPTG誘導后收集細胞，得到含L?阿拉伯糖異構酶的重組靜息細胞；將β?半乳糖苷酶與底物溶液、重組靜息細胞混合反應，除去重組靜息細胞后，與β?半乳糖苷酶、重組靜息細胞再次混合、轉化，得到D?塔格糖。采用本發明提供的方法提高了D?塔格糖的轉化率和產量。

技術領域

本發明屬于D-塔格糖生產技術領域，尤其涉及一種由乳清生產D-塔格糖的方法。

背景技術

隨著人民生活水平的提高，健康問題也越來越受到人們的關注，食品中傳統甜味劑的添加由于其高熱量引起了糖尿病、肥胖、癌癥和心血管等疾病，使得尋找可替代傳統甜味劑的低熱量功能性甜味劑迫在眉睫。2002年的第一屆國際糖協會(ISRS)會議提出了對稀有糖的定義，即自然界中存在但含量極少的一類單糖及其衍生物，其甜味類似于蔗糖，但具有熱量低、穩定性高、甜昧協調、無吸濕性、無致齲齒性、耐受性高等優點，可以彌補傳統甜味劑的不足，對改善特殊人群的飲食起到重要作用。

D-塔格糖(D-Tagatose)是一種自然界中較為稀有的天然己酮糖，分子式為C₆H₁₂O₆，不僅是D-果糖在C-4位上的差向異構體，還是D-半乳糖的酮糖異構體。純凈的D-塔格糖為白色的晶體狀物質，其甜味類似于蔗糖，而熱量僅為蔗糖的1/3。D-塔格糖是一種具有低熱量值、零血糖生成指數、血糖鈍化作用、無齲齒性、益生元作用和抗氧化活性等優良營養特性的低熱量甜味劑，并且具有改善腸道菌群、治療Ⅱ型糖尿病、降低膽固醇、預防結腸癌等生理功效。2001年，美國FDA批準其為普遍公認安全食品(GRAS)，因此被作為蔗糖的代替品應用于健康飲料及酸乳、果汁等產品中；同時還被廣泛應用于糖尿病專用食品、減肥食品、口香糖、谷物食品、飲料、肉制品、糖果等工業中，并在醫藥行業被用于咳嗽糖漿、粉劑、起泡劑、固定假牙的豁合劑及口腔消毒劑中。

D-塔格糖的生產有化學法和生物法兩種，化學法是以乳清或乳糖為原料，在酸或乳糖水解酶的作用下被水解為D-半乳糖和D-葡萄糖，再利用可溶性堿金屬鹽或堿土金屬鹽、鋁酸鉀等化學催化劑將D-半乳糖異構化成D-塔格糖。此方法存在副產物多、純化煩瑣和污染大等缺點，不利于工業化生產。生物法可以有效的克服這些缺點，目前報道的生物法生產D-塔格糖按原料不同分為兩種方法。第一種是由Izumori課題組提出的，以半乳糖醇為原料，利用半乳糖醇脫氫酶將其氧化成D-塔格糖；或者以D-山梨糖為原料，在D-阿洛酮糖-3-差向異構酶和D-塔格糖-3-差向異構酶的催化下生成D-塔格糖。但是半乳糖醇和D-山梨糖的價格很高，該方法的商業應用價值不大。第二種是Cheetham等在1993年提出的，即以相對低成本的D-半乳糖為原料，利用L-阿拉伯糖異構酶(L-arabinose isomerase，L-AI)將其轉化為D-塔格糖，有文獻報道，L-AI是目前用于轉化D-半乳糖生產D-塔格糖最有效的酶，因此，目前研究最多的用于D-塔格糖的制備方法即是以D-半乳糖為原料利用L-AI進行生物催化合成D-塔格糖。但D-半乳糖作為原料不算廉價，以更加廉價的工業廢棄物乳清或乳糖替代D-半乳糖作為生產D-塔格糖的原料越來越受到關注，成為市場化的選擇。因此，為實現D-塔格糖的低成本工業化生產，可以乳清中的乳糖或純凈的乳糖為原料，經β-半乳糖苷酶水解產生D-半乳糖和D-葡萄糖，生成的D-半乳糖經過L-AI催化生成功能性甜味劑D-塔格糖，實現變廢為寶。

據文獻報道，目前利用由乳糖水解生成的D-半乳糖轉化合成D-塔格糖僅能達到不足50％的轉化率，也就是多于一半的經乳糖水解生成的D-半乳糖未被有效轉化為D-塔格糖，被滯留到了轉化液中，造成了產物D-塔格糖的產量不高，底物利用率不高等問題，引起了資源浪費，未能實現最大程度的變廢為寶。有鑒于此，如何提高乳糖水解產生的D-半乳糖到D-塔格糖的轉化率，提高D-塔格糖的產量，也就是以乳糖為底物生成D-塔格糖的利用率值得被進一步研究。

發明內容