《表2 蔗糖的生物催化转化利用》

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《甘蔗基蔗糖高附加值利用的研究进展》

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上述生物转化系统大都采用单酶或者双酶围绕蔗糖开展高附加值利用研究，主要集中在糖苷转移、异构和酯化等几类反应，造成产品种类受限。随着生物信息学和合成生物学技术的发展，越来越多的酶催化元件和合成途径被精准解析，基于酶元件设计和构建复杂的体外合成途径，对实现原子经济性利用转化和获得结构多样性的产品具有重要意义。因此，相关研究组合氧化还原、异构、脱磷酸、核苷化以及糖苷转移等生化反应，构筑热力学驱动的多酶级联催化技术，转化蔗糖合成高附加值产物。例如，Zhong等[30]构建由嗜热物种来源的蔗糖磷酸化酶、葡萄糖磷酸变位酶、肌醇1-磷酸合成酶和肌醇单磷酸酶组成的四酶反应体系，基于纤维素结合蛋白构建蛋白复合体，解决反应体系中酶最适温度不匹配问题，实现蔗糖的高效转化合成肌醇，得率达到0.98 mol/mol。Tian等[31]基于核苷化、异构和转苷反应构建多酶催化体系，筛选来源于拟南芥（Arabidopisis thaliana）和大肠杆菌（Escherichia coli）的蔗糖合成酶、UDP-葡萄糖4-差向异构酶、肌醇半乳糖合成酶、棉子糖合成酶和水苏糖合成酶，构建多酶反应体系；为解决级联催化过程中酶稳定性差和催化效率不匹配问题，优化酶使用量和底物浓度，采用分步级联和循环转化方式，成功转化蔗糖合成肌醇半乳糖、棉子糖和水苏糖3种寡糖，其中棉子糖产量达到128g/L，为大豆寡糖的制备提供一种新的合成路线，后期可通过酶分子改造提供关键酶的热稳定性和催化活性，从而提升工业化应用潜力。同时，多酶催化体系中还可以集成乙酰化、脱水、氨基化等生化反应，从而转化蔗糖制备更多种类的高附加值产品（表2）。