稀有糖D-阿洛糖性質(zhì)及生物法生產(chǎn)研究進(jìn)展*

馮再平，鞏慧玲，袁慧君，沐萬(wàn)孟，江波

1(蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州，730050)

2(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫，214122)

稀有糖(rare sugar)是一類重要的碳水化合物，在膳食、保健、醫(yī)藥等領(lǐng)域中發(fā)揮著非常重要的功能。根據(jù)國(guó)際糖協(xié)會(huì)(ISRS)定義，稀有糖是“在自然界存在但含量極少的一類單糖及其衍生物”，一般具有低熱量、低吸收等特點(diǎn)，并且具有多種生理功能，在膳食、保健、醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。D-塔格糖(D-tagatose)具有熱量低、機(jī)體不能代謝或者代謝很少、抗齲齒、降血糖、改善腸道菌群等優(yōu)點(diǎn)［1］，其甜味刺激和果糖類似，較蔗糖快，口感、甜度和蔗糖較為類似，是一種優(yōu)秀的低能量甜味劑;而D-阿洛酮糖具有保護(hù)胰腺β島細(xì)胞、改善胰島素敏感度和葡萄糖耐受性、減少腹部脂肪積累、清除活性氧自由基等作用，是一種很有前途的無(wú)能量的功能性甜味劑［2］;L-系列糖缺乏D-型糖類的風(fēng)味，有許多特殊的生理功能，可用作化工、醫(yī)藥產(chǎn)品的中間體，如 L-核糖及衍生物［3］。其中，D-阿洛糖由于具有獨(dú)特的生理功能，成為近年來(lái)稀有糖研究的熱點(diǎn)。

1 D-阿洛糖概述

1.1 D-阿洛糖的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及安全性

D-阿洛糖，是一種具廣泛生理功能的稀有順式己醛糖，是稀有糖D-阿洛酮糖的醛糖異構(gòu)體、D-葡萄糖C-3位置上的差向異構(gòu)體，存在于一些天然植物的提取物及細(xì)菌代謝物中［4］。

圖1 D-葡萄糖、D-阿洛糖和D-阿洛酮糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structures of D-glucose，D-allose and D-psicose

D-阿洛糖是無(wú)味的白色晶體，分子式為C6H12O6，分子質(zhì)量為180.16，熔點(diǎn)為128℃，旋光度為［α］20+14°(c=1.00%，H2O)，易溶于水，不溶于乙醇。D-阿洛糖屬于五羥基醛，可以以直鏈、環(huán)狀形式存在，環(huán)狀形式又分為呋喃型(D-阿洛糖的醛基與C-4上的羥基縮合形成)、吡喃型(D-阿洛糖的醛基與C-5上的羥基縮合形成)兩種形式。由于D-阿洛糖分子中既有醛基，又有羥基，能夠作用形成半縮醛從而形成一對(duì)非對(duì)映旋光異構(gòu)體(α-與β-異頭體)。天然化合物中，D-阿洛糖多以β-吡喃型的形式存在，在D-阿洛糖的水溶液中，含β-D-吡喃阿洛糖(77.5%)，α-D-吡喃阿洛糖(14%)，β-D-呋喃阿洛糖(5%)，和 α-D-呋喃阿洛糖(3.5%)［5］。

D-阿洛糖的急性、亞慢性毒性試驗(yàn)表明D-阿洛糖是無(wú)毒的;大鼠的經(jīng)口LD50為20.5 g/kg，在亞慢性實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照與試驗(yàn)組的血清化學(xué)和血液學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果絕大多數(shù)沒有明顯差異，而營(yíng)養(yǎng)學(xué)方面的特性與D-葡萄糖、D-果糖等單糖是不同的［6］。

表1 D-阿洛糖的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of D-allose

1.2 D-阿洛糖在大腸桿菌中的代謝途徑

D-阿洛糖可以通過細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，參與分解代謝的糖酵解途徑(圖2)。3種蛋白(AlsA，AlsB，and AlsC)參與D-阿洛糖運(yùn)輸。D-阿洛糖先與D-阿洛糖-結(jié)合蛋白(AlsB)結(jié)合，經(jīng)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體(包括ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白AlsA和轉(zhuǎn)運(yùn)元件AlsC)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。在細(xì)胞質(zhì)中，EMP途徑的D-阿洛糖激酶(AlsK)，D-阿洛糖-6-磷酸異構(gòu)酶(AlsI)，和D-阿洛酮糖-6-磷酸3-差向異構(gòu)酶(AlsE)經(jīng)過順序酶反應(yīng)，經(jīng)由兩個(gè)中間產(chǎn)物D-阿洛糖6-磷酸和D-阿洛酮糖6-磷酸，實(shí)現(xiàn)將 D-阿洛糖轉(zhuǎn)化成 D-果糖-6-磷酸［7］。

圖2 D-阿洛糖膜轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)代謝示意圖［8］Fig.2 Schematic illustration for the proposed membrane transport and intracellular metablolism of D-allose

1.3 D-阿洛糖功能性質(zhì)

在稀有糖中，D-阿洛糖由于具有廣泛的生理功能，而成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。其生理功能主要包括:

1.3.1 抑制致癌作用及抑制各種癌細(xì)胞系的增殖［8］

D-阿洛糖的眾多生理功能中，最引人注目的就是其顯著的抑癌作用。D-阿洛糖可抑制氧化應(yīng)激條件下的致癌作用發(fā)生，并且能夠誘導(dǎo)腫瘤抑制基因——硫氧還蛋白相互作用蛋白(thioredoxin interacting protein，TXNIP)表達(dá)，以劑量依賴形式抑制前列腺、頭頸、肝、卵巢、子宮頸及皮膚等不同來(lái)源的癌細(xì)胞系以及白血病。

1.3.2 癌癥放、化療協(xié)同增效作用

2011年，Hoshikawa等［9］報(bào)道了 D-阿洛糖對(duì)頭頸癌細(xì)胞HSC-3的放射增敏作用，發(fā)現(xiàn)合并D-阿洛糖和放射治療比兩者單獨(dú)使用的效果要好。在37%的存活水平上，10和25 mmol/L D-阿洛糖處理組的輻射增強(qiáng)率分別達(dá)到1.61和2.11。并且兩者的聯(lián)合使用還可以減少3D培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中癌細(xì)胞增殖。單獨(dú)放射處理時(shí)不能增加TXNIP的mRNA表達(dá)水平，而D-阿洛糖合并放射處理可以顯著地提高TXNIP表達(dá)。兩者合并使用時(shí)，可以顯著地誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生和細(xì)胞凋亡的發(fā)生。

通常的抗腫瘤藥物5-氟尿嘧啶，雖然可以誘導(dǎo)TXNIP表達(dá)，抑制胸苷酸合成酶合成而阻礙細(xì)胞周期，但具有非特異性細(xì)胞毒性，可使患者表現(xiàn)出多種副作用。Yamaguchi等對(duì)人肝細(xì)胞癌細(xì)胞HuH-7的實(shí)驗(yàn)表明，D-阿洛糖與5-氟尿嘧啶有協(xié)同增效作用，而D-阿洛糖對(duì)普通細(xì)胞沒有已知的副作用，因此D-阿洛糖與5-氟尿嘧啶合并使用可能成為癌癥治療的新方案［10］。這些報(bào)道都說(shuō)明 D-阿洛糖作為癌癥治療藥物的有效性和可行性。

1.3.3 抑制高鈉誘導(dǎo)型高血壓［11］

Kimura等研究了2種高血壓動(dòng)物模型——鹽敏感型高血壓DS大鼠和自發(fā)性高血壓大鼠(攝入D-阿洛糖后對(duì)高血壓發(fā)生過程及氧化狀態(tài)的影響)，結(jié)果表明，DS大鼠喂食高鹽(4%)飼料4周以后，血壓明顯升高;而在喂高鹽飼料同時(shí)以2 g/(kg·d)的劑量給予D-阿洛糖時(shí)，可以抑制血壓的升高，同時(shí)伴有減少主動(dòng)脈過氧化物的生成。而在自發(fā)性高血壓模型動(dòng)物中，D-阿洛糖對(duì)高血壓發(fā)生早期的血壓或大動(dòng)脈過氧化物的生成沒有明顯影響。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明D-阿洛糖可以應(yīng)用于抑制高鈉誘導(dǎo)型高血壓。

1.3.4 抗氧化性及相關(guān)作用

2011年，為了闡明D-阿洛糖的抗氧化特性，Ishihara等［12］研究了D-阿洛糖的活性氧自由基清除能力和在線粒體活性氧自由基產(chǎn)生過程中所起的作用。研究結(jié)果顯示，D-阿洛糖不能清除過氧化氫和超氧陰離子，其清除羥基自由基的能力與D-葡萄糖相當(dāng);而在線粒體中，D-阿洛糖可以減弱由魚藤酮誘導(dǎo)的D-葡萄糖-依賴性活性氧自由基的產(chǎn)生(說(shuō)明D-阿洛糖在線粒體內(nèi)抑制活性氧自由基產(chǎn)生，可能與其在細(xì)胞水平和D-葡萄糖競(jìng)爭(zhēng)相關(guān))。Sun等研究表明，D-阿洛糖和α-乳白蛋白之間的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物也具有抗氧化能力［13］。

D-阿洛糖的抗氧化性使其在存在氧化應(yīng)激的急性局部缺血/再灌注損傷、器官移植手術(shù)等相關(guān)臨床應(yīng)用中，起到相應(yīng)的抗炎、保護(hù)作用［14］。

1.3.5 免疫抑制、冷凍保護(hù)等其他功能

D-阿洛糖的其他功能的報(bào)道還包括:Sui等［15］發(fā)現(xiàn)，哺乳類動(dòng)物細(xì)胞系包括OVCAR-3、HeLa、HaCaT、HDF、NIH3T3等在－80℃冷凍時(shí)，在培養(yǎng)基中添加不同濃度的D-阿洛糖時(shí)細(xì)胞存活率提高，說(shuō)明D-阿洛糖可以用作冷凍保護(hù)劑;2012年，Harada等［16］發(fā)現(xiàn)，D-阿洛糖可以加強(qiáng)甲硝唑?qū)纳x毛滴蟲的效果，從而減少甲硝唑用量，避免毛滴蟲對(duì)藥物產(chǎn)生抗性;Tanaka等［17］報(bào)道，D-阿洛糖與內(nèi)吞作用以及樹突細(xì)胞激勵(lì)T細(xì)胞相關(guān)，可能起到免疫抑制作用。

1.4 D-阿洛糖的合成策略

由于D-阿洛糖在自然界存在稀少，要開展D-阿洛糖的營(yíng)養(yǎng)特性、生理功能的深入研究，以及推廣D-阿洛糖在功能性食品領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用，靠從自然界資源中提取該稀有糖是不現(xiàn)實(shí)的，需要實(shí)現(xiàn)D-阿洛糖的大規(guī)模生產(chǎn)。D-阿洛糖的化學(xué)合成法種類繁多，而生物合成法條件溫和、前景誘人。下面具體說(shuō)明D-阿洛糖獲得的各種可能途徑。

1.4.1 化學(xué)合成法

化學(xué)合成方法通過各種羥基的選擇性保護(hù)及水解方法的應(yīng)用，經(jīng)氧化還原途徑實(shí)現(xiàn)各種糖或糖衍生物原料構(gòu)型改變來(lái)合成阿洛糖。如天津大學(xué)的張衛(wèi)紅［18］以 α-D-葡萄糖為原料，經(jīng)氧化還原反應(yīng)，改變C-3 位羥基的構(gòu)型，合成 1，2:5，6-氧-二異丙叉基-α-D-呋喃阿洛糖;再經(jīng)完全水解得到D-阿洛糖?？梢钥闯?，化學(xué)合成法涉及異丙叉化、氧化、還原、水解等多步反應(yīng)，步驟繁瑣，過程復(fù)雜，副產(chǎn)物多。

1.4.2 立體選擇性合成法

立體選擇性合成法(手性合成法)，是利用手性非糖類物質(zhì)做底物或是潛手性環(huán)境，進(jìn)行立體選擇性和立體專一性反應(yīng)。Mheta等［19］以環(huán)辛烷為原料反應(yīng)得到了(DL)-β-阿洛糖。該方法同樣反應(yīng)步驟多，操作復(fù)雜，其立體選擇性對(duì)由非糖化合物合成稀有糖類的研究具有理論意義。

1.4.3 催化立體異構(gòu)化法

在合成糖的方法中，催化劑作用下的立體異構(gòu)化法是較為成熟實(shí)用的糖合成方法。其原理是:以鉬酸等為催化劑，糖類化合物發(fā)生C-2或C-3位的立體異構(gòu)化反應(yīng)，使單糖分子羥基構(gòu)型發(fā)生變化。一項(xiàng)D-阿洛糖制備的美國(guó)專利［20］就是依據(jù)此原理，在酸性條件下以D-葡萄糖為原料，經(jīng)鉬酸鹽催化，發(fā)生C-3立體異構(gòu)化反應(yīng)，從而得到含量7%的產(chǎn)物D-阿洛糖。然后，產(chǎn)物混合液經(jīng)濃縮、脫色、蒸汽化，流經(jīng)以離子交換樹脂為吸附劑的分離區(qū)域，D-阿洛糖被吸附住而得到分離。催化立體異構(gòu)化法直接簡(jiǎn)便，解決轉(zhuǎn)化率與收率不高、能耗大、分離方法復(fù)雜等問題后，其市場(chǎng)潛力是顯而易見的。

1.4.4 生物合成法［8］

如圖3所示，目前D-阿洛糖的生物合成需要兩步生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。第一步反應(yīng)以D-果糖為原料，在D-塔格糖3-差向異構(gòu)酶(D-tagatose 3-epimerase，DTE)家族成員的作用下，C3位發(fā)生差向異構(gòu)化，獲得D-阿洛酮糖。該反應(yīng)的催化機(jī)制、酶分子結(jié)構(gòu)、生物轉(zhuǎn)化等都有較多報(bào)道。在此基礎(chǔ)上可大量制備D-阿洛酮糖，用作附加值更高的D-阿洛糖制備的原料。第二步反應(yīng)以D-阿洛酮糖為原料，在酮醛糖異構(gòu)酶的作用下，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的己醛糖D-阿洛糖。

圖3 D-阿洛糖的兩步法生物合成Fig.3 Two-step biosynthesis of D-allose

2 生物法產(chǎn)D-阿洛糖研究進(jìn)展

2.1 L-鼠李糖異構(gòu)酶

國(guó)際上最早開始研究報(bào)道生物催化與生物轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)D-阿洛糖的是日本香川大學(xué)稀有糖研究中心Ken Izumori研究組。1997年，該研究組在研究Pseudomonas stutzeri的L-鼠李糖異構(gòu)酶(L-Rhamnose Isomerase，L-RhI)時(shí)發(fā)現(xiàn)該酶具有較寬的底物譜，除了能夠可逆催化L-鼠李糖與L-鼠李酮糖之間的醛酮異構(gòu)反應(yīng)外，還可以催化包括D-阿洛糖與D-阿洛酮糖在內(nèi)的多對(duì)五元、六元酮醛糖之間的異構(gòu)化反應(yīng)［21］?？梢哉f(shuō)對(duì)P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶的研究開啟了生物轉(zhuǎn)化、生物催化法生產(chǎn)稀有糖D-阿洛糖的序幕，但是P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶不一定就是最適合產(chǎn)D-阿洛糖的生物催化劑來(lái)源，用P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶催化D-阿洛糖的轉(zhuǎn)化反應(yīng)存在一些問題。首先，該酶催化D-阿洛酮糖和D-阿洛糖之間的異構(gòu)化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)平衡體系中并不僅僅只有這兩種糖，還存在第三種糖——D-阿卓糖，即該酶催化的是D-阿洛糖、D-阿卓糖和D-阿洛酮糖三者之間的酮醛異構(gòu)化反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡以后，體系中三者所占比例分別為25%、8%和67%，這就給產(chǎn)物的分離增加了難度;其次，該酶的耐熱性也不是很理想，50℃時(shí)的半衰期僅為0.2 h，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)需要;第三，該酶催化反應(yīng)最適pH值為9.0，而在偏堿性環(huán)境下高溫反應(yīng)時(shí)，單糖易發(fā)生各種副反應(yīng)導(dǎo)致顏色加深，影響產(chǎn)物質(zhì)量;最后，該酶需在Mn2+存在下酶活最高，而添加金屬離子會(huì)增加反應(yīng)成本及增加產(chǎn)物純化的工作量。

繼發(fā)現(xiàn)P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶產(chǎn)D-阿洛糖的活性之后，尋找產(chǎn)D-阿洛糖酶的新微生物來(lái)源，研究酶結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的工作大量開展起來(lái)。來(lái)自Bacillus pallidus Y25的大腸桿菌重組L-鼠李糖異構(gòu)酶，在pH 7.0，65℃時(shí)有最大酶活，轉(zhuǎn)化D-阿洛酮糖為D-阿洛糖時(shí)，平衡比例為65∶35，60℃時(shí)半衰期為1 h，沒有副產(chǎn)物產(chǎn)生［22］。 重 組 Thermoanaerobacterium saccharolyticum NTOU1 L-鼠李糖異構(gòu)酶最適pH為7.0，最適溫度為75℃，70℃處理2 h后仍有90%酶活，沒有副產(chǎn)物生成，平衡比例為 71∶29［23］。重組 Caldicellulosiruptor saccharolyticus ATCC 43494 L-鼠李糖異構(gòu)酶，非常耐熱，其反應(yīng)最適溫度為90℃，這樣的溫度顯然在工業(yè)化應(yīng)用時(shí)會(huì)增加能源的消耗，最適pH為7.0，80℃處理6 h，酶活僅下降10%，平衡比例為67∶33，沒有副產(chǎn)物生成［24］。這些酶在 pH值、耐熱性方面比P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶有了改善，而作用時(shí)都需要二價(jià)金屬離子存在保證最大酶活。

2.2 核糖-5-磷酸異構(gòu)酶

另一類能夠催化D-阿洛酮糖異構(gòu)化生成D-阿洛糖的酶來(lái)自核糖/半乳糖異構(gòu)酶家族(RpiB/LacA/LacB，蛋白家族IPR003500)。這些酶包括核糖-5-磷酸異構(gòu)酶 B(ribose-5-phosphate isomerase，RPI)、半乳糖-6-磷酸異構(gòu)酶 (galactose-6-phosphate isomerase，GPI)等，都屬于磷酸糖異構(gòu)酶，催化異構(gòu)化反應(yīng)時(shí)一般不需添加金屬離子。由于糖磷酸異構(gòu)酶較寬泛的底物特異性，不僅能夠催化含糖磷酸的酮醛糖異構(gòu)化反應(yīng)，還可以催化與磷酸糖具有相同骨架構(gòu)象的單糖的酮醛糖異構(gòu)化反應(yīng)，從而可以應(yīng)用于稀有糖的生物轉(zhuǎn)化。

對(duì)核糖/半乳糖異構(gòu)酶家族產(chǎn)D-阿洛糖酶活性的研究比L-鼠李糖異構(gòu)酶晚了10年。2007年，韓國(guó)建國(guó)大學(xué)的 Deok-Kun Oh研究組發(fā)現(xiàn)，Clostridium thermocellum來(lái)源的核糖-5-磷酸異構(gòu)酶 B［25］可以催化C2、C3和C4羥基取向?yàn)橥粋€(gè)方向的酮醛糖之間的可逆異構(gòu)化反應(yīng)。用該酶催化D-阿洛酮糖和D-阿洛糖之間可逆的酮醛異構(gòu)化反應(yīng)，不需要添加金屬離子，不生成D-阿卓糖副產(chǎn)物，最適反應(yīng)溫度為65℃，50℃時(shí)的半衰期是P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶的480倍，最適pH與L-鼠李糖異構(gòu)酶的9.0相比更接近中性，為7.5。由于沒有生成D-阿卓糖副產(chǎn)物，反應(yīng)達(dá)到平衡后，33%的D-阿洛酮糖轉(zhuǎn)化成了D-阿洛糖，轉(zhuǎn)化率比P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶要高了8%［26］。雖然C.thermocellum核糖-5-磷酸異構(gòu)酶作用于D-阿洛糖的催化效率kcat/Km為1.5 mmol/(L·min)，較P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶的7.1 mmol/(L·min)要低，但是C.thermocellum核糖-5-磷酸異構(gòu)酶的酶學(xué)性質(zhì)顯然更適應(yīng)與工業(yè)化生產(chǎn)的需要。且經(jīng)過定點(diǎn)突變C.thermocellum Arg132Glu的催化效率提高到了2.2 mmol/(L·min)，減少了與P.stutzeri L-鼠李糖異構(gòu)酶酶活差距的同時(shí)，耐熱性更佳，65℃下酶的半衰期是野生型C.thermocellum核糖-5-磷酸異構(gòu)酶半衰期的1.74倍［27］。不同微生物來(lái)源的產(chǎn)D-阿洛糖酶的性質(zhì)比較見表2。

表2 不同微生物來(lái)源的產(chǎn)D-阿洛糖酶的性質(zhì)Table 2 Biochemical properties of D-allose production enzymes from different microorganism origins

續(xù)表2

核糖/半乳糖異構(gòu)酶家族蛋白作用的最適底物是磷酸糖，除了C.thermocellum核糖-5-磷酸異構(gòu)酶，其他有產(chǎn)D-阿洛糖活性的核糖/半乳糖異構(gòu)酶家族成員的報(bào)道并不多，且催化效率都不太高，以D-阿洛糖為底物轉(zhuǎn)化為D-阿洛酮糖時(shí)，Clostridium difficile核糖-5-磷酸異構(gòu)酶［29］為 0.03 mmol/(L·min)，Thermotoga maritime核糖-5-磷酸異構(gòu)酶［29］為0.06 mmol/(L·min)，Lactococcus lactis半乳糖-6-磷酸異構(gòu)酶［30］為 0.17 mmol/(L·min)。

2.3 生物法產(chǎn)D-阿洛糖

生物法合成D-阿洛糖，理論上最經(jīng)濟(jì)直接的線路就是利用差向異構(gòu)酶作用于底物D-葡萄糖，直接獲得D-阿洛糖?？上У氖?，目前為止，自然界還沒有發(fā)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)此反應(yīng)的酶類。因此，利用生物法合成D-阿洛糖較為實(shí)際的路線是經(jīng)過兩步酶或生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)，先將D-果糖差向異構(gòu)化為D-阿洛酮糖，再將D-阿洛酮糖酮醛異構(gòu)化為D-阿洛糖，目前報(bào)道的生物法合成D-阿洛糖多是按照此路線，以D-阿洛酮糖為底物實(shí)現(xiàn)的(表3)。在產(chǎn)物的分離純化方面，利用鈣型陽(yáng)離子樹脂分離 D-阿洛酮糖與 D-果糖混合物［31］以及 D-阿洛酮糖與 D-阿洛糖的混合物［32］的研究已有報(bào)道。

表3 應(yīng)用微生物酶以D-阿洛酮糖為底物生產(chǎn)D-阿洛糖Table 3 D-Allose production from D-psicose by microbial enzymes

而韓文佳等報(bào)道［33］，利用 D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶 (D-psicose 3-epimerase，DPE)和L-鼠李糖異構(gòu)酶雙酶偶聯(lián)反應(yīng)，以2%的D-果糖為底物，經(jīng)10 h反應(yīng)達(dá)到平衡，得到5.12和2.04 g/L的D-阿洛酮糖和D-阿洛糖，較2種酶單個(gè)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率要高。雖然由于起始酶的催化效率不高，導(dǎo)致產(chǎn)物濃度較低，仍不失為利用廉價(jià)原料獲得2種稀有糖的有益嘗試。

3 小結(jié)

生物法產(chǎn)D-阿洛糖的大規(guī)模應(yīng)用，需要解決兩個(gè)問題。首先是適合工業(yè)化生產(chǎn)的異構(gòu)酶的來(lái)源問題，目前還沒有作用范圍偏酸性的酶催化D-阿洛酮糖轉(zhuǎn)化為D-阿洛糖的報(bào)道。另外一方面是底物成本的問題，直接以D-阿洛酮糖為底物的生產(chǎn)成本過高。因?yàn)樯锓óa(chǎn)D-阿洛糖的底物——D-阿洛酮糖本身是一種具有降血糖、抑制肥胖細(xì)胞生成、低熱量等功能的稀有糖，被FDA認(rèn)定為“GRAS”物質(zhì)，是一種非常有前途的新型甜味劑，本身也是價(jià)格不菲。如果能夠找到直接將D-葡萄糖異構(gòu)化為D-阿洛糖的差向異構(gòu)酶，有望實(shí)現(xiàn)從D-葡萄糖一步法獲得D-阿洛糖;而目前沒有相應(yīng)酶發(fā)現(xiàn)的前提下，利用D-阿洛酮糖-3差向異構(gòu)酶和酮醛糖異構(gòu)酶的偶聯(lián)作用，以D-果糖為底物反應(yīng)獲得2種稀有糖(D-阿洛酮糖和D-阿洛糖)是可行的降低底物成本的方案。

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