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?？赡阒绬?？“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(guò)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)研究團隊，“搭”上生物合成技術(shù)，設計出一條功能寡糖生產(chǎn)新路線(xiàn)。
寡糖應用領(lǐng)域廣
“我們常喝的雙歧桿菌酸奶里就有它的影子?！睂O媛霞近日接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，寡糖是由2—10個(gè)單糖通過(guò)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)腸道內營(yíng)養物質(zhì)的生成與吸收、降低血清膽固醇和血脂濃度、增強機體免疫力、抑制腫瘤細胞生長(cháng)、抗齲齒、防治糖尿病和保護肝臟等生理功效，可作為蔗糖替代品應用在功能性食品或低能量食品中。
“大豆寡糖具有促進(jìn)腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群增殖，抑制腐敗菌的生長(cháng)，保持腸道的微生態(tài)平衡等益生元功效?！睂O媛霞介紹說(shuō)，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(guò)上消化道直通腸道發(fā)揮作用。低聚糖可在腸道內被細菌分解轉化成乙酸、丙酸等有機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，為大腸上皮細胞提供能源。有機酸可以促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收，有研究發(fā)現，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)
記者采訪(fǎng)獲悉，寡糖的發(fā)現和生產(chǎn)，距今不過(guò)百余年歷史?？茖W(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(cháng)的殼寡糖為例介紹說(shuō)，早在1811年法國學(xué)者布拉克諾首先在蘑菇中發(fā)現了甲殼幾丁質(zhì)，緊接著(zhù)法國學(xué)者歐吉爾在昆蟲(chóng)的外殼中也發(fā)現了類(lèi)似的物質(zhì)，并命名為甲殼質(zhì)，1894年德國科學(xué)家在此基礎上發(fā)現幾丁聚糖?？墒怯捎跊](méi)有加工提取的合適方法，也沒(méi)有發(fā)現其特殊的功能，在其后的100年中，甲殼質(zhì)慢慢被科學(xué)界所遺忘。半個(gè)世紀后，日本學(xué)者發(fā)現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(lèi)健康，科學(xué)家們努力攻關(guān)，使提取技術(shù)不斷進(jìn)步?！睂O媛霞說(shuō)，上世紀70年代，我國科學(xué)家開(kāi)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?jì)H為30%左右，制約了大豆寡糖的功效及應用；而國外主要采用色譜分離制備方法，雖然產(chǎn)品純度可以達到70%以上，但生產(chǎn)方式仍未擺脫植物種植提取模式。
“世界范圍內的功能寡糖生產(chǎn)主要依賴(lài)于水解和提取，存在產(chǎn)率低、成本高且對環(huán)境不友好等問(wèn)題，我們需要一種更高效持續的生產(chǎn)工藝?！睂O媛霞說(shuō)道。
生物合成高效環(huán)保
去年年底，在開(kāi)展功能糖與天然活性物質(zhì)研究中，孫媛霞團隊通過(guò)模擬植物體內合成大豆寡糖的化學(xué)反應機制，構建了一條新型多酶級聯(lián)合生成大豆寡糖技術(shù)路線(xiàn)，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，重新設計出一條功能寡糖合成的技術(shù)路線(xiàn)，并在體外構建了多酶級聯(lián)反應系統，實(shí)現了肌醇半乳糖苷、棉子糖和水蘇糖三種功能寡糖純生物合成。這一技術(shù)利用分步級聯(lián)及輔因子循環(huán)轉化策略，解決了多酶反應系統中酶穩定性差等普遍難題。
由于在合成過(guò)程中采用細胞破碎粗酶液作為反應介質(zhì)，避免酶純化步驟和添加昂貴的輔酶因子，還降低了生產(chǎn)成本。實(shí)驗結果顯示，通過(guò)多步級聯(lián)與循環(huán)轉化反應，肌醇半乳糖苷、棉子糖和水蘇糖的產(chǎn)率得到很大提高。
日前，該研究成果已在國際頂級期刊《應用與環(huán)境微生物學(xué)》（AEM）上全文發(fā)表，并已申請中國發(fā)明專(zhuān)利。孫媛霞表示：“與傳統植物提取工藝比，整個(gè)過(guò)程只需調節底物和酶催化劑即可實(shí)現不同寡糖的生物合成，且沒(méi)有任何有害廢棄物排放，可真正實(shí)現生產(chǎn)全過(guò)程的環(huán)境友好?！保▽O玉松）