环糊精是淀粉在糖基转移酶的作用下生成的一系列环状葡萄糖聚合物的总称。其中,含有6、7、8个葡萄糖单元的分子,分别称为α-、β-和γ-环糊精,环糊精具有独特的包埋性质,起到稳定、缓解、乳化、提高溶解度和分散度等多种作用。环糊精在食品、香料、医药、农药、化工等行业中都有着广泛的应用。
(1)α-环糊精
获得了α-CGT酶高产菌株,发酵酶活142000 U/ml (以水解活性计)。
A)单酶法制备α-环糊精:淀粉底物浓度15%,α-CGT酶加酶量7100 U/g 淀粉,环糊精总转化率可达到50% (w/w)
B) 双酶法制备α-环糊精:淀粉底物浓度15%,α-CGT酶加酶量7100 U/g 淀粉,异淀粉酶加酶量96 U/g 淀粉,环糊精总转化率可达到75% (w/w)
(2)β-环糊精
获得了高产β-CGT酶的菌株,发酵酶活达到177500 U/ml (以水解活性计)以上。淀粉底物浓度15%,β-CGT酶加酶量7100 U/g 淀粉,环糊精总转化率可达到67% (w/w)。
(3)γ-环糊精
获得了γ-CGT酶高产菌株,发酵酶活达到6100 U/ml (以水解活性计)。
A) 单酶法制备γ-环糊精:淀粉底物浓度15%,γ-CGT酶加酶量3550 U/g 淀粉,环糊精总转化率可达到55% (w/w)。
B) 双酶法制备γ-环糊精:淀粉底物浓度15%,γ-CGT酶加酶量3550 U/g 淀粉,异淀粉酶加酶量48 U/g 淀粉,环糊精总转化率可达到70% (w/w)。
2-O-α-D-吡喃葡萄糖基抗坏血酸(AA-2G)是维生素C的一种糖基化衍生物,和维生素C相比在氧、热、光、极端pH等条件下更稳定,并且在体内或皮肤环境中可被缓慢分解释放维生素C,从而长效发挥维生素C生理功能,目前广泛应用于化妆品、医药、食品、畜牧等领域。
获得了用于AA-2G生产的高效糖基转移酶,酶活达到400 U/mL以上,使用该酶在35°C、pH 5.0、麦芽糊精和维生素C质量比1:1,酶反应24 h AA-2G产量达到200 g/L。
低聚半乳糖主要是利用β-半乳糖苷酶转化乳糖而得到。低聚半乳糖作为一种功能性低聚糖,可促进双歧杆菌的增殖、增强免疫力,已广泛应用于食品、医药、饲料等行业中。
(1)获得了中温β-半乳糖苷酶高产菌株,发酵酶活达到180U/ml。当乳糖浓度为700g/L时,总转化率可达到55%,其中转移二糖、三糖和四糖的比例分别为24%、21%和10%。
(2)获得了高温β-半乳糖苷酶高产菌株,发酵酶活达到160U/ml。以浓度为700g/L乳糖为底物制备低聚半乳糖时,总转化率可达到58%,其中转移二糖、三糖和四糖的比例分别为12.3%、25.7%和20.0%。
D-阿洛酮糖是自然界中较为稀有的天然己酮糖,是D-果糖的差向异构体。D-阿洛酮糖是近年发现的一种具有特殊保健功能的新型功能性因子,具有多种生理功能,如减少脂肪累积、清除活性氧、保护神经、降低血糖反应和降低血脂水平。目前,工业化生产D-阿洛酮糖主要途径为酶法催化法,D-阿洛酮糖-3差向异构酶是工业化生产D-阿洛酮糖的关键用酶。
构建了D-阿洛酮糖-3差向异构酶的高产菌株,酶活达到2000 U/mL以上,采用该酶以果葡糖浆为底物制备D-阿洛酮糖的转化率达到28-30%。
异麦芽酮糖是蔗糖的一种同分异构体,其物理性质与蔗糖相似,甜度是蔗糖的一半。异麦芽酮糖可有效预防龋齿,并因分解速度缓慢,可维持体内葡萄糖和胰岛素浓度从而有效预防糖尿病。异麦芽酮糖作为食品添加剂,在糖果、糕点、面包、饮料等食品行业都有广泛应用。
获得了高转化率的蔗糖异构酶,使用该酶在35°C,pH6.0,蔗糖浓度40%,加酶量20 U/g条件下,异麦芽酮糖产量达到356g/L,转化率91%。
海藻糖是由2个葡萄糖残基经α-1,1糖苷键缩合而成的非还原二糖,对生物大分子和生物膜具有非特异性保护作用,可用于药品、化妆品及食品的稳定剂和保护剂,应用前景非常广泛。酶法制备海藻糖工艺简单,成本低,转化率高,具有工业化应用潜力。
单酶法:获得了海藻糖合酶高产菌株,酶产量为150 U/mL以上。采用该酶催化制备海藻糖,以30%麦芽糖为底物,反应14 h,转化率达到60.0%。
双酶法:获得了麦芽寡糖基海藻糖合成酶和麦芽寡糖基海藻糖基水解酶高产菌株,两种酶产量分别为1200 U/mL和5800 U/mL。采用该酶以25%淀粉为底物制备海藻糖,反应40 h,转化率达到80 %以上。
L-茶氨酸为茶叶中特有的游离氨基酸,具有抑制苦味物质和改善产品风味的作用,同时还具有镇静放松、降低血压、控制体重、增强免疫力、预防肿瘤等功效,在食品添加剂和保健品中被广泛应用。L-茶氨酸的制备方法包括天然提取、化学法合成、微生物发酵和酶法合成,其中酶法合成具有工艺简单、周期短、耗能低、提取简便等优点,具有工业化应用优势。
采用γ-谷氨酰转肽酶酶法合成L-茶氨酸,构建了高产γ-谷氨酰转肽酶的菌株,经高密度发酵培养后,酶产量达到600 U/mL。采用该酶以L-谷氨酰胺和乙胺为底物催化制备L-茶氨酸,生产周期为14 h,获得的L-茶氨酸产量为90 g/L。
L-瓜氨酸是一种非蛋白质氨基酸,参与体内多种代谢过程,具有提高免疫系统功能、维护关节运动机能和平衡血糖正常水平等多种功效,在医药用品、保健品以及化妆品等行业应用广泛。酶法合成L-瓜氨酸(利用精氨酸脱亚胺酶催化L-精氨酸水解生成)具有原料易得、工艺简单、产物浓度高和纯化步骤少等优点,在L-瓜氨酸制备中具有一定的优势。
获得了精氨酸脱亚胺酶的高产菌株,发酵酶产量达到80 U/mL。采用该酶以精氨酸为底物制备瓜氨酸,反应周期为7 h,瓜氨酸产量达到500 g/L以上,摩尔转化率98%以上。
γ-氨基丁酸(γ- aminobutyric acid, GABA),是一种非蛋白质氨基酸,具有多种生理功能,如镇静神经、抗焦虑、降血氨、降血压、抑制脂肪肝及肥胖症、预防癫痫、改善睡眠、抗抑郁、促进激素分泌和保肝利肾等,在医药、食品保健、化工及农业等行业应用前景广阔。目前,GABA的制备方法包括化学合成法和酶法,其中酶法具有工艺简单、周期短、耗能低、专一性强、收率高、提取方便等优点,更具有工业化应用优势。
获得了高产谷氨酸脱羧酶的菌株,发酵酶产量达到3000 U/mL。采用该酶以谷氨酸为底物催化制备GABA,反应周期为24 h,GABA产量达到280 g/L以上,摩尔转化率98%以上。
短链芳香酯具有天然水果香味,是香精香料的重要组份,广泛应用于食品、酿造和医药等工业。目前,短链芳香酯的制备方法包括天然提取、化学合成和酶法合成。其中,酶法合成具有工艺简单、反应条件温和、专一性强、产品品质高等优点,具有工业化应用优势。
本技术获得了高产脂肪酶的菌株,该酶能够以多种酸和醇为底物催化制备短链芳香酯,反应周期为12 h,摩尔转化率达到98%以上。通过在白酒酒糟中添加一定量的角质酶,白酒中的香味物质,如乙酸乙酯,乳酸乙酯的含量提高17%以上,可以达到白酒增香的效果。通过在黄酒原酒中添加一定量的角质酶,芳香酯含量有不同程度的升高,其中乳酸乙酯含量提高150%,加速了原酒在陈化过程中芳香酯含量的变化。
α-熊果苷属于氢醌苷化合物,化学名为4-羟基苯基-D-吡喃葡萄糖苷,具有显著的酪氨酸酶抑制活性,对皮肤有美白、防色变和祛斑的功效,是一种新型的无刺激、无过敏、配伍性强的公认的高效祛斑美白剂,国际上正在极力推广其为高功效医药、化妆品添加剂,国内外需求巨大,市场前景广阔。
获得了用于α-熊果苷生产的糖基转移酶高产菌株。使用该酶在30℃、pH 6.5,蔗糖和对苯二酚摩尔比4:1,酶反应24 h时 熊果苷转化率达到85%。
低聚异麦芽糖是目前世界上销量最大的功能性低聚糖,其功能性成分主要包括异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖等。具有如下优良功能:(1) 甜度为蔗糖的40%-50%,热能含量仅为蔗糖的1/6;(2) 耐热、耐酸,易于食品加工;(3) 具有良好的保湿性;(4) 食品加工中不易发酵,可长期发挥自身的功能和效果;(5) 具有良好的双歧杆菌增殖作用;(6) 抗龋齿效果佳。α-葡萄糖苷酶是酶法制备低聚异麦芽糖的关键用酶。
获得了高转苷活性的α-葡萄糖苷酶,当采用30%(w/v)麦芽糖溶液,α-葡萄糖苷酶加酶量为0.05 U/g麦芽糖,60°C反应20~24 h,低聚异麦芽糖的产量可达163 g/L。
低聚龙胆糖是一种新型功能性低聚糖。其功能有:(1) 用于糖果、饮料、冷饮中可使其甜味更纯;(2) 吸湿性强,可以保持各类食品中的水分,延长货架期;(3) 难被人体分解,进而促进双歧杆菌生长,起到改善结肠的作用;(4) 对热和pH稳定,可用于其它一些低聚糖不适宜使用的保健品中。目前低聚龙胆糖已应用于果冻、冰淇凌、巧克力、烘烤食品、调味品、果汁饮料、咖啡等食品饮料中。
利用α-葡萄糖苷酶转化葡萄糖生产低聚龙胆糖,转化周期48小时,反应产物中低聚龙胆糖浓度达到90g/L以上。经过简单的分离纯化,产物中低聚糖含量达到75% 以上。
D-甘露糖是D-葡萄糖的异构体,甜度约为蔗糖的0.6倍。由于其在体内不能被很好的代谢,因此在服用甘露糖的过程中血糖浓度基本不会升高。D-甘露糖是目前唯一用于临床上的糖质营养素,此外D-甘露糖还参与某些特定的免疫反应,能预防和减少细菌和病毒的感染,它已广泛应用于食品、医药、化工和饲料中。
获得了高转化率的D-甘露糖异构酶,使用该酶在50℃,pH7.5,底物D-果糖浓度为200g/L,加酶量0.5mL条件下,D-甘露糖产量达75g/L,转化率39.3%。
麦芽四糖是由4个α-D型葡萄糖基以α-1,4糖苷键连接成的直链麦芽低聚糖。 其功能有:(1)甜度低、粘度高,可代替高甜度、高热量的食品;(2)保湿性好、增稠作用强、耐酸、耐热、易形成光泽皮膜;(3)易消化吸收,抑制肠内分泌毒素的产气夹馍梭菌,增强人体免疫力;(4)在烘焙过程中加入麦芽四糖淀粉酶可以有效延长面包货架期。
以食品安全菌枯草芽孢杆菌为宿主异源表达麦芽四糖淀粉酶,获得的菌株在3L发酵罐中的酶产量可达1000U/mL以上。利用麦芽四糖淀粉酶转化玉米淀粉生产麦芽四糖的转化率可达60%以上。
交替糖寡糖是交替糖蔗糖酶在蔗糖和麦芽糖为底物时生成的新型功能性寡糖,产物由聚合度(DP值)为3-10寡糖混合物组成,寡糖中的葡萄糖单元以α-1,6 糖苷键和α-1,3 糖苷键交替连接。交替糖寡糖可以被肠道微生物选择性地利用,既可以促进双歧杆菌(Bifidobacterium spp.)和乳杆菌(Lactobacillus spp.)等益生菌的生长,又能有效控制大肠菌群(coliforms)以及肠道病原菌等的生长;还具有耐高温特性,可用于生产面包、蛋糕等高温烘焙类食物;此外,还具有低粘度的特性,可在制药工业中用作载体和稳定剂。
利用高转化率的交替糖蔗糖酶转化蔗糖和麦芽糖生产交替糖寡糖,反应温度40°C,pH5.4,转化周期34小时,可以生产聚合度在3-10的交替糖寡糖,转化率最高可达87%。
曲二糖(2-O-α-D-glucopyranosyl-α-D-glucopyranose,kojibiose)是一种由两个葡萄糖通过α-1, 2糖苷键相连的天然二糖。曲二糖以及曲二糖衍生的低聚糖不易被消化,可以预防龋齿,在肠道系统有很好的耐受性,因而是双歧杆菌、乳酸菌、真杆菌属的增殖因子,是一种良好的益生元成分;同时它也是一种低热量甜味剂,可增加铁的吸收;曲二糖还能特异性抑制不同组织器官内α-葡萄糖苷酶Ⅰ活性,并具有抗毒性的活性,从而促进了新药特别是抗HIV-Ⅰ新药的产生。曲二糖在医药、食品、保健品有很大应用潜力。
获得了高效异源表达的重组蔗糖磷酸化酶,该重组酶在50℃,pH 7.0,蔗糖 0.5 M,葡萄糖 0.5 M,加酶量 0.02 U/g(底物)条件下,曲二糖转化率达到40%,产量达到103 g/L。