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(shè)計出一條功能寡糖生產(chǎn)新路線。
寡糖應(yīng)用領(lǐng)域廣
“我們常喝的雙歧桿菌酸奶里就有它的影子。”孫媛霞近日接受科技日報記者采訪時說，寡糖是由2—10個單糖通過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、促進腸道內(nèi)營養(yǎng)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、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(yīng)用在功能性食品或低能量食品中。
“大豆寡糖具有促進腸道內(nèi)雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群增殖，抑制腐敗菌的生長，保持腸道的微生態(tài)平衡等益生元功效。”孫媛霞介紹說，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，能通過上消化道直通腸道發(fā)揮作用。低聚糖可在腸道內(nèi)被細菌分解轉(zhuǎn)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。有機酸可以促進礦物質(zhì)的吸收，有研究發(fā)現(xiàn)，低聚果糖、低聚半乳糖都有促進鈣、磷、鎂的吸收作用。
生產(chǎn)工藝需要改進
記者采訪獲悉，寡糖的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)，距今不過百余年歷史?？茖W(xué)家們一直在為高效獲取寡糖而孜孜以求。孫媛霞以歷史較長的殼寡糖為例介紹說，早在1811年法國學(xué)者布拉克諾首先在蘑菇中發(fā)現(xiàn)了甲殼幾丁質(zhì)，緊接著法國學(xué)者歐吉爾在昆蟲的外殼中也發(fā)現(xiàn)了類似的物質(zhì)，并命名為甲殼質(zhì)，1894年德國科學(xué)家在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖?？墒怯捎跊]有加工提取的合適方法，也沒有發(fā)現(xiàn)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。半個世紀后，日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)了藏在螃蟹殼中的殼寡糖，其才重新成為研究熱點。
“為了能夠使這種物質(zhì)更好地服務(wù)于人類健康，科學(xué)家們努力攻關(guān)，使提取技術(shù)不斷進步?！睂O媛霞說，上世紀70年代，我國科學(xué)家開始研發(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僅為30%左右，制約了大豆寡糖的功效及應(yīng)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(nèi)的功能寡糖生產(chǎn)主要依賴于水解和提取，存在產(chǎn)率低、成本高且對環(huán)境不友好等問題，我們需要一種更高效持續(xù)的生產(chǎn)工藝。”孫媛霞說道。
生物合成高效環(huán)保
去年年底，在開展功能糖與天然活性物質(zhì)研究中，孫媛霞團隊通過模擬植物體內(nèi)合成大豆寡糖的化學(xué)反應(yīng)機制，構(gòu)建了一條新型多酶級聯(lián)合生成大豆寡糖技術(shù)路線，挖掘了植物中大豆寡糖合成酶蛋白分子編碼基因，以廉價的蔗糖為原料，重新設(shè)計出一條功能寡糖合成的技術(shù)路線，并在體外構(gòu)建了多酶級聯(lián)反應(yīng)系統(tǒng)，實現(xiàn)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(zhuǎn)化策略，解決了多酶反應(yīng)系統(tǒng)中酶穩(wěn)定性差等普遍難題。
由于在合成過程中采用細胞破碎粗酶液作為反應(yīng)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。實驗結(jié)果顯示，通過多步級聯(lián)與循環(huán)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，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(yīng)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)明專利。孫媛霞表示：“與傳統(tǒng)植物提取工藝比，整個過程只需調(diào)節(jié)底物和酶催化劑即可實現(xiàn)不同寡糖的生物合成，且沒有任何有害廢棄物排放，可真正實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的環(huán)境友好?！保▽O玉松）