[发明专利]一种生产高纯度果糖的酿酒酵母系统

说明书

技术领域

本发明属于生物基因工程技术领域，具体涉及一种生产高纯度果糖的酿酒酵母系统及利用菊芋原料生产高纯度果糖的方法。

背景技术

果糖是自然界中最甜的单糖，其甜度是蔗糖的1.7倍、葡萄糖的2倍，具有甜味纯正、热值低、冷甜性、高溶解度、渗透压高、保湿性好、发酵性能好等特点，被预测为21世纪全球代替蔗糖、葡萄糖的新型功能性糖源，广泛应用于食品和医药工业领域(Hanover L.M.et al.，Manufacturing，composition，andapplications of fructose，Am.J.Clin.Nutr.58(5)：724-732，1993)。果糖注射液属于新一代不依赖胰岛素的高能量营养输液，在世界医药市场的表现十分活跃，在某些国家已成为仅次于葡萄糖的第二大注射液。作为一种甜度较蔗糖高的天然甜味剂，高果糖浆可以替代和补充蔗糖供应量的不足，而且高果糖浆还具有优越的代谢特性和营养保健功能，如可被直接吸收，毋须依靠胰岛素参与代谢、减缓体内蛋白质消耗、不会引起龋齿等等，因此高果糖浆得到越来越多的青睐和应用。

高果糖浆是由果糖和葡萄糖组成的一种混合糖浆，根据其中果糖的含量，主要分为F42、F55、F90等3种类型(即果糖含量分别为42％，55％，90％)以及结晶果糖。果糖含量越高其价值越高。高果糖浆已广泛应用于广泛应用于食品加工业、软饮料工业、医药和烟草等行业中(张乐兴，高果糖浆的性质与应用，广州食品工业科技，19(1)：44-45，2003)。目前商业高果糖浆生产原料主要为玉米淀粉等，采用酶法生产，整个过程需要多种酶作用：淀粉先酶解糖化成为葡萄糖，然后经葡萄糖异构酶转化为果糖。为获得高含量果糖，需要采用色谱分离技术分离果糖和葡萄糖，再催化葡萄糖转化为果糖，过程复杂，成本较高。

菊粉(又称菊糖，inulin)是由多个果糖分子通过β-2，1-果糖苷键连接成的多聚果糖，其末端有一个葡萄糖残基以α-1，2键与之相连，呈直链结构。菊粉广泛分布在菊芋(Jerusalem artichoke)、菊苣(Chicory)、大丽花(Dahlia)、牛蒡(Arctium)等植物组织中。菊芋块茎菊粉含量达到15％～20％，绝大部分为果糖。菊芋具有耐贫瘠、易种植、产量高等特点，因此菊芋是一种极具开发价值的果糖基原料作物。

菊粉酶(Inulinase)是天然果聚糖——菊粉的水解酶，分为(1)内切菊粉酶(Endoinulinase，EC 3.2.1.7)，随机断开菊粉链内部的糖苷键，产生寡聚果糖；(2)外切菊粉酶(Exoinulinase，EC 3.2.1.80)，作用于菊粉链非还原性末端的糖苷键，逐一水解释放单糖，水解产物为果糖和葡萄糖混合物(其中大部分为果糖)(Henrissat B.，A classification of glycosyl hydrolases basedon amino-acid-sequence similarities，Biochem J.280(2)：309-316，1991)。

利用菊粉酶水解菊粉生产寡聚果糖或高果糖浆，具有巨大的工业应用潜力。菊粉酶主要来源于微生物，如马克斯克鲁维氏酵母(Kluyveromyces marxianus)、脆壁克鲁维氏酵母(Kluyveromyces fragilis)和黑曲霉(Aspergillus niger)等[周帼萍，沙涛，程立忠，丁骅孙.(2001).菊粉酶的研究及应用.食品与发酵工业.27(7)：54-58.]。自1991年首次报道从马克斯克鲁维氏酵母克隆菊粉酶基因(Laloux O.et al.，Cloning and sequencing of the inulinase gene ofKluyveromyces marxianus var.marxianus ATCC 12424，FEBS Lett.289：64-68，1991)，陆续有多个菊粉酶基因克隆并在大肠杆菌中和酵母中重组表达(Kim H.S.et al.，Expression of the INU2 gene for an endoinul inase of Aspergillusficuum in Saccharomyces cerevisiae，Biotechnology Letters 21：621-623，1999)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产高纯度果糖的新方法，包括重组酿酒酵母工程菌构建和发酵生产高纯度果糖的方法。